旁栅偏压对GaAs MESFET沟道电流中低频振荡的调制

在研究旁栅偏压条件下MESFET输出特性时经常发现沟道电流的低频振荡现象. 通过测试不同旁栅电压条件下的GaAs MESFET输出特性, 研究了沟道电流的低频振荡现象与旁栅偏压的关系, 发现旁栅偏压对沟道电流的低频振荡现象具有调制作用, 无论旁栅偏压朝正向还是负向变化都存在一个阈值可以消除此低频振荡. 理论分析认为这种调制作用与沟道-衬底(C-S)结的特性和高场下衬底深能级EL2的碰撞电离有关. 这一结论对于设计低噪声GaAs IC具有十分重要的指导意义.     

沟道-衬底结对旁栅偏压条件下GaAs MESFET沟道电流迟滞行为的影响

旁栅偏压条件下, GaAs MESFET沟道电流的迟滞行为与衬底深能级EL2和沟道-衬底结的特性密切相关. 实验研究发现, 外加旁栅偏压条件下, 沟道电流的迟滞行为发生的根本原因是沟道-衬底结耗尽区展宽和收缩对深能级EL2的电子俘获和电子发射的响应比较慢. 当旁栅偏压稳态变化时, 沟道电流的迟滞现象将消失, 即存在一个迟滞行为消失的“准静态”. 这一发现和结论对于MMIC的设计将具有比较重要的指导意义和参考价值.     

超薄SiO_x钝化层所导致的半导体-绝缘体-半导体异质结高频隧道电容溢出现象

从高频电容电压特性测试中发现的隧道电容溢出现象出发,研究了具有超薄钝化层的半导体-绝缘体-半导体(semiconductor-insulator-semiconductor SIS)异质结器件界面处独特的电荷存储特性.从SIS 1 MHz频率下的CV特性可知,当外加偏压小于V_T(voltage tunneling)时,SIS界面处于耗尽状态,而当外加栅压超过V_T之后,SIS的高频电容将远超仪器量程趋于无穷大,可概括称为隧道电容溢出现象.从SIS的XPS(X-ray photoemission spectroscopy)深度剖析结果可知,具有不同厚度的ITO(indium tin oxide)的SIS器件界面钝化层所含元素组分并无差别.但从TEM(transparent electron microscope)的结果来看,钝化层厚度随ITO的增加而增加,分析表明不同ITO厚度的SIS所对应V_T值不同的主要原因是由于钝化层厚度的不同.通过对实验结果的分析,本文给出了隧道电容溢出现象的载流子输运的能带模型.结果表明,隧道电容溢出是由于超薄钝化层无法使大量电子在界面处积累所致.且同一器件隧道电容溢出现象是可重复的,不会对器件带来物理损伤,这是采用直接磁控溅射工艺制备SIS异质结太阳电池稳定性的体现.     

脉冲准分子激光PZT铁电薄膜沉积及其特性研究

随着大规模集成电路的迅速发展,要求集成器件向三维器件及多功能器件发展.由于铁电薄膜具有非挥发性(non-volatility)、抗辐照性(radiation-hardness)、电极化特性,因此,铁电薄膜及其在微电子和光电子领域中的应用研究已成为当前国际上新型功能材料与集成器件的热点,如铁电随机存储器(FERAM)、动态随机存储器(DRAM)、薄膜电容、SAW器件及红外探测器等.     

利用离子注入技术制备新型结构SiC器件的展望

作者介绍了SiC MESFET(metal semiconductor field effect transistor,金属半导体场效应晶体管)器件的优点和离子注入技术在SiC器件制备中的发展趋势,提出一种用离子注入技术制备新型结构的SiC MESFET器件的方法,讨论了这种新型结构的优点,最后给出用离子注入技术制备SiC MESFET器件的设计过程。     

低温紫外Hg敏化光化学气相淀积SiO_2薄膜的研究

光化学气相淀积(Photo-chemical vapor deposition,光-CVD)是一种很有前途的半导体低温化技术。用该技术生成的SiO_2薄膜可用于扩散掩蔽、VLSI多层布线以及有源器件之间的隔离、MOS器件的介质栅、半导体器件的钝化等等。在低温条件下,用紫外Hg     

矩形波导内径向圆盘的理论模型

在矩形波导内插入一径向圆盘很好地解决了低阻抗有源器件与标准矩形波导的匹配问题。七十年代初以来,这种方式就广泛运用于微波和毫米波有源电路,构成了帽结构振荡器和毫米波予调谐模型(PTM)。我们将分析径向圆盘在半无限长矩形波导内的辐射特性,建立     

4H-SiC MOSFET栅氧界面性能提升工艺

MOSFET器件是现代微电子学的关键核心器件之一,其应用范围从高度集成的CMOS芯片到高功率器件.目前, SiC MOSFET存在沟道迁移率较低、阈值电压漂移、栅氧介质在高温下的长期可靠性不足、体二极管正向导通状态下产生双极型漂移等问题.值得注意的是,其中众多问题都与栅氧界面缺陷有关.由于SiC/SiO₂界面缺陷的存在, SiC MOSFET器件的沟道迁移率被严重限制,栅氧化层的可靠性和阈值电压的稳定性也受到较大影响,导致其栅氧界面性能较差.为了改善这些问题,本文从退火、高k介质层的使用、栅氧化物掺杂、沟槽型MOSFET沟槽深宽优化四个方面,综述了提升4H-SiC MOSFET栅氧界面性能的制备工艺,从多个角度介绍了多种可行的方案,以期进一步综合提升4H-SiC MOSFET栅氧界面性能,使其更好地应用于电力电子系统.     

介观耦合电路的量子压缩效应

随着纳米技术和纳米电子学的飞速发展,电路以及器件小型化的势头越来越强烈,近年来已达到原子尺寸的量级.显然,当电子的输运尺度达到一个特征尺度,即电子的非弹性碰撞尺度时,必须考虑其量子力学性质及电荷的非连续性质.因此,在纳米电子学中对电路及器件建立一个正确的量子理论已经是十分迫切的任务了.当然,最为简单然而又是十分重要的工作是将LC电路量子化,这一工作可以通过与经典简谐振子量子化的方法做类比而得以完成,其中谐振子的坐标相当于电路中的电荷.最近,我们提出了一个考虑电荷量子效应的介观电路量子化的方法,讨论了有耗散的介观电路的量子涨落.本文给出了无耗散介观耦合电路中各个回路的电荷、电流的量子涨落,发现这些电流与电荷的量子涨落之间存在着压缩效应对于一个经典的无耗散的并且其中一个回路中有电源ε(t),电感电容组成的电容耦合电路(电感耦合电路也可以等效成电容耦合电路).按照Kirchhoff定律,可以写出其运动方程为L_1(d~2q_1)/dt~2+q_1/C_1+q_1/C_2-q_2/C_2=ε(t),L_2(d~2q_2)/dt~2+q_2/C_2-q_1/C_2=0 (1)其中q_1(t)和q_2(t)是两个LC型电路中的电荷;L_1,C_1和L_2,C_2是两个回路中的电感和电容,C是这两个回路的耦合电容.如果ε(t)=0,可以把该运动方程写成简单的Hamilton形式     

Al2O3 绝缘栅SiC MIS 结构基本特性的研究

采用原子层淀积(ALD)方法在4H-SiC(0001)8°N-/N+外延层上制备了超薄(~4 nm)Al₂O₃ 绝缘栅高介电常数SiC MIS 电容. 通过对Al₂O₃ 介质膜以及Al₂O₃/SiC 界面微结构和电学特性 分析表明, 实验所得Al₂O₃ 介质膜具有较好的体特性和界面特性, Al₂O₃ 薄膜的击穿电场为25 MV/cm, 并且在可以接受的界面态密度(2×10¹³ cm^-2)下具有较小的栅泄漏电流(8 MV/cm 电场 下漏电流密度为1×10^-3 A/cm^-2). 电流-电压测试分析表明, 在FN 隧穿条件下, SiC/Al₂O₃ 之间的 势垒高度为1.4 eV, 已达到制作SiC MISFET 器件的要求. 同时, 在整个栅压区域也受 Frenkel-Poole 和Schottky 机制的共同影响.     

富勒烯薄膜的波导Raman散射增强效应

以C_(60),C_(70)为代表的富勒烯材料,自Kr(?)tschmer等人发现其有效制备方法之后,已成为材料科学研究的热点之一,被认为在半导体、超导体、有机导体、非线性光学、金刚石薄膜合成、有机化学、医药、润滑等方面有着巨大的潜在应用价值.尤其是作为一种新型光学材料而倍受人们关注.C_(60)由于具有共轭大π电子云体系而表现出强烈的三阶非线性光学效应,使其有可能成为十分有前途的非线性光学材料,而其反饱和吸收特性则使其可以制成光限幅器件、光双稳器件和全光学开关等.本文研究了沉积于粗糙介质表面C_(60)薄膜的波导Raman散射(waveguide Raman scattering).波导Raman散射是结合集成光学和Raman散射的一种测试介质上薄膜性能的灵敏方法,文献[4]报道了C_(60)薄膜的波导Raman散射现象,但是用的光源为100mW的Ar~+激光.然而,这种较强的激光有可能破坏C_(60)膜中的分子结构诸如发生聚合反应等,从而影响其本征的Raman谱.本文报道了采用30mW的He-Ne激光为激发光源,观察到粗糙介质表面C_(60)薄膜的波导Raman散射增强效应.     

介电/半导体复合薄膜生长控制

当前, 电子信息系统为了实现体积更小、速度更快和功耗更低, 正快速向微小型化以及单片集成方向发展, 其中的各种有源器件(主要为半导体材料支撑)和无源器件(主要为功能材料支撑)的集成尤为重要和迫切. 因此, 将具有电、磁、声、光、热等功能特性的介质材料(以极化为特征)与具有电子输运特性的半导体材料, 通过固态薄膜的形式生长在一起, 形成介电/半导体复合人工新材料, 这种复合薄膜将具有多功能一体化和介电-半导体异质层间电磁性能的调制耦合两大特点, 这些特征既为实现信息的探测、处理、传输、执行和存储等5种主要功能单元的单片集成提供了可能,又将长期以来人们追求单一材料的物理极限的研究转移到追求异质结构的复合效应中来, 这为研制更高性能的电子器件提出了新的思路. 结合当前国内外在介电和半导体复合薄膜生长的研究进展情况, 介绍和讨论了我们近期在氧化物介电材料与半导体GaN复合薄膜生长与界面控制方面的一些研究结果.     

SGDBR可调谐半导体激光器波长切换理论研究

取样光栅分布布拉格反射(SGDBR)可调谐半导体激光器是一种典型而重要的单片集成光子器件, 在宽带光通信系统和智能光网络中有着良好的应用前景. 为了分析SGDBR可调谐半导体激光器的动态特性, 本文有效地结合了行波法和传输矩阵法的优点, 建立了一个适应性广泛、运算高效的分析模型: 激光器有源区采用时域行波法, 而对结构复杂的无源光栅区则采用频域传输矩阵法, 再通过数字滤波器将其变换到时域. 利用该模型对SGDBR可调谐半导体激光器波长切换的瞬态光谱和模式竞争进行了细致研究, 并提出在不改变载流子密度的条件下, 通过增加光栅区耦合因子来提高其波长切换的性能.     

有机分子器件输运性质的接触距离效应

在两金电极间置于空间对称的苯硫(PDT)分子构成一分子器件模型, 并通过移动其中一电极变对称接触为非对称接触. 利用第一原理方法研究了该器件的输运性质, 结果表明, 器件的I(G)-V特性相对偏压极性有显著的非对称, 其电流及电导的大小明显地依赖于分子与电极的接触距离, 即非对称接触能导致器件伏安特性的弱整流效应. 分析表明最高占据分子轨道(HOMO)是器件的共振隧穿轨道, 偏压作用使器件充电进而移动HOMO是I(G)-V非对称性的内在原因.     

8-羟基喹啉铝膜的电学输运特性分析

有机电致发光获得突破性进展以来,8-羟基喹啉铝(Alq)一直是人们关注的焦点.它具有良好的成膜特性、较高的发光效率和好的稳定性,促使有机电致发光器件进入实用阶段Alq是有机电致发光器件中广泛使用的材料,它作为发射层或电子输运层材料,用以研究有机电致发光的机理和探索高效率高稳定性的器件.Alq单层器件,在适当的电极(如镁、铝等)下,也能产生电致发光,且亮度-电流也同样满足线性关系,说明它与多层结构器件的发射机理一样,属复合型发射 但单层Alq膜层的输运特性与接触特性研究较少,而膜层的输运特性和接触特性又是决定Alq在高场(>10~5V/cm)下产生发射的关键问题. 另外,实验观测到单层Alq器件电致发光的衰减与其输运特性的变化有紧密的相关性.本文通过对电流-电压特性及电容-电压特性测试研究,初步了解单层Alq膜层的输运特性,并且对输运过程提出一个简单模型1 实验结果在经过清洗处理的电阻为150Ω/(?)的ITO衬底上,依次蒸发沉积8-羟基喹啉铝,金属镁、银. 沉积条件:8-羟基喹啉铝在4×10~3Pa真空下,以0.3nm/s速度沉积到未加热的ITO     

后摩尔时代晶体管：新兴材料与尺寸极限

在后摩尔时代,大规模半导体集成电路对功耗和集成密度的要求使得晶体管器件的开发需要在"材料、制程、结构"三个维度同步推进。文章详细梳理了近年来涌现的新兴低维半导体材料及异质结构,包括碳纳米管、过渡族金属硫属化合物、黑磷、碲烯和一维/二维范德华异质结等,并对其电学物理特性进行了深入的讨论,同时总结了这些材料在14nm工艺节点以下超短沟道晶体管和新结构晶体管器件方面的最新进展,最后从材料角度对半导体逻辑器件的进一步发展指出方向。     

后摩尔时代晶体管：新兴材料与尺寸极限

在后摩尔时代，大规模半导体集成电路对功耗和集成密度的要求使得晶体管器件的开发需要在“材料、制程、结构”三个维度同步推进。文章详细梳理了近年来涌现的新兴低维半导体材料及异质结构，包括碳纳米管、过渡族金属硫属化合物、黑磷、碲烯和一维/二维范德华异质结等，并对其电学物理特性进行了深入的讨论，同时总结了这些材料在14 nm工艺节点以下超短沟道晶体管和新结构晶体管器件方面的最新进展，最后从材料角度对半导体逻辑器件的进一步发展指出方向。     

C60单晶的电导和介电特性

C_(60)是近年来发现的碳的第三种稳定的同素异形体,由于其独特的性质,愈来愈受到人们的关注,并开展了大量的研究工作,例如:C_(60)的制备、C_(60)的结构研究、掺杂C_(60)超导体和C_(60)单晶的生长等。当然还有很多问题需要深入研究。但是,由于迄今所生长的C_(60)单晶尺寸都不够大,在一定程度上限制了某些工作的开展,例如C_(60)单晶的电学和光学特性等的研究。 我们曾专门设计、安装了双炉单温度梯度生长炉、双炉双温度梯度生长炉和“提拉”汽相法生长C_(60)单晶的装置,生长出高质量大尺寸的C_(60)单晶,其线度在2mm左右。这就为C_(60)单晶特性的深入研究提供了条件。此外,我们还专门设计制造了一个特殊的电测量装置,以便进行电导和介电特性的研究。     

光伏双色GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器

GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器是基于量子阱导带内子能带间或子能带到扩展态间的光电子跃迁对红外辐射的吸收特性而研制成的新型红外探测器.它具有响应速度快(皮秒量级)、量子效率高、波长和带宽可调、热稳定性好、抗辐射能力强等特点,有利于制成大面积焦平面列阵红外探测器.近年来为了充分利用GaAs/AlGaAs量子阱材料的特点和优势,研究和探索新结构新器件的工作一直不断,其中光伏和双色红外探测器具有重要价值.光伏型探测器与信号处理电路易于集成,结构简单,功耗小,工作温度也较高,因而有利于发展焦平面列阵技术;3～5μm和8～12μm两个波段是重要的大气传输窗口,能同时工作在此波段的双色器件在军事、民用上有着特殊应用前景.本文的工作就是试图在理论上提出一种集光伏双色于一体的量子阱红外探测器结构.1 器件设计理论最近,AT＆T Bell实验室Capasso小组证实,在量子阱层中,波函数的局域化也可以发生在大于势垒高度的连续态中.在主量子阱结构两旁的垒区中引入方势阱叠层,这些方势阱称作Bragg反射阱,由于Bragg方势阱宽度接近主量子阱连续态电子de Broglie波长的1/4,故反射相干作用可使主量子阱区的连续激发态密度集中于某些能量处,从而增加基态到这些准束缚态的跃迁振子强度,这对于实现器件光电吸收     

InGaAs/InAlAs/InP异质结结构的X射线双晶衍射研究

Al_xGa_(1-x)As/GaAs材料在高电子迁移率晶体管(HEMT)的应用上已经显示出很好的高频特性。然而,这一系统小导带不连续性(当x=0.3时,△E_c=0.24eV)及较低的二维载流子浓度及饱和速度等因素限制了截止频率的进一步提高和器件应用。而与InP匹配的In_(0.52)Al_(0.48)As/In_(0.53)Ga_(0.47)As异质结体系,消除了AlGaAs层,避免了低温持续光电导。且沟道