一种新型混合晶向积累型圆柱体共包围栅互补金属氧化物场效应晶体管

提出一种新型的工作于积累模式、具有混合晶向的圆柱体共包围栅互补金属氧化物场效应晶体管器件结构. 与目前其他报道的CMOS器件相比, NMOS和PMOS器件沟道具有不同的晶向, 且均有埋层氧化层将其与衬底隔离, 器件结构简单、紧凑, 集成度增加了一倍. 报道了积累型圆柱体全包围栅场效应管器件物理分析、技术仿真结果以及器件制作详细工艺流程. 与其他常规鳍形场效应管器件(FinFET)相比, 由于克服了不对称场的积聚, 如锐角效应导致的漏电, 器件沟道的电完整性得到很大改善. SOI圆柱体全包围栅场效应晶体管在积累工作模式下, 电流流过整个圆柱体, 具备高载流子迁移率, 低低频器件噪声, 并可避免多晶硅栅耗尽及短沟道效应, 增大了器件的阈值电压. 亚10 nm尺寸下, 器件的开/关态电流比值大于10⁶, 表明器件具备良好的性能及进一步按比例缩小的能力. 另外还简单介绍了器件制作工艺流程, 提出的工艺流程具备简单且与常规CMOS工艺流程兼容的特点.     

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。     

垂直氮化镓功率晶体管及其集成电路的发展状况

氮化镓作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一,因其优越的性能,例如高电子迁移率、高电子饱和速率、耐高温及高热导率等优点吸引了越来越多的关注.也正是因为这些优点,垂直氮化镓功率晶体管在未来的电力电子领域中具有很大的发展和广泛的应用前景.本文列出了氮化镓材料和其他半导体材料主要的物理参数、氮化镓单晶制备及其外延生长的主要方法,阐述了氮化镓功率器件在目前环境下的优势.针对器件结构,列出了横向器件本身存在的问题和垂直器件的优点,解释了垂直器件为何能够成为未来功率器件的主流结构.在此基础上,详细介绍了氮化镓电流孔径垂直晶体管、垂直氮化镓沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管、基于原位氧化物氮化镓夹层的垂直沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管和垂直氮化镓鳍式场效应晶体管的结构、工作原理、研究进展及所存在的一些问题,并将文中所提及的垂直氮化镓功率晶体管的性能参数按器件种类和时间顺序进行归纳为未来氮化镓功率晶体管的发展提出了大致的方向.针对集成电路系统,归纳了氮化镓功率器件在驱动芯片方面的特殊要求和关键技术.最后,针对当下的市场环境,列举了垂直氮化镓功率晶体管在中、低压范围内比较热门且发展前景较好的应用场景.     

标准CMOS工艺下单片集成MSM光电探测器的 2 Gb/s光接收机

在标准互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺下设计了1种单片集成金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal, MSM)光电探测器的光接收机. 带有源反馈和负米勒反馈电容的跨阻前置放大器用来提高光接收机的带宽. 由于MSM光电探测器具有较高的响应度, 所以光接收机的灵敏度得到改善. 由于MSM光电探测器的寄生电容较小, 在特许半导体0.35 μm工艺下实现了带宽为1.7 GHz的光接收机. 测试结果表明, 在-15 dBm的光功率和误码率为10^-9的条件下, 光接收机的数据传输速率达到了2 Gb/s. 在3.3 V电压下, 芯片的功耗为94 mW.     

石墨烯霍尔元件

回顾了石墨烯霍尔元件的现状,并展望了其应用前景.石墨烯霍尔元件能够充分发挥石墨烯材料迁移率高和单原子薄层等优势,规避其没有带隙或者小带隙的缺陷,其主要的性能包括灵敏度、线性度、分辨率、温度稳定性等都超过了基于传统半导体材料的霍尔元件,而且制备工艺简单,容易得到高性能的石墨烯磁敏传感器.基于化学气相沉积(CVD)生长并转移到绝缘基底上的石墨烯材料,批量制备出高质量性能均匀的石墨烯霍尔元件.通过低温的器件加工工艺,将石墨烯霍尔元件集成到硅基互补性金属氧化物半导体(CMOS)电路中,实现了高性能混合霍尔集成电路,展示了石墨烯霍尔元件与硅基CMOS集成电路良好的工艺兼容性.     

基于磁性绝缘体的磁子阀效应

正摩尔定律由英特尔(Intel)公司创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)于1965年提出,是指IC上可容纳的晶体管数目约每隔18~24个月便会增加1倍,性能也将提升1倍.在过去的50年里,半导体大规模集成电路得到了飞速的发展,CMOS集成工艺已经发展到5 nm以下,然而原子尺度的物理极限、制程的不稳定性和较大的器件功耗给摩尔定律以及半导体和微电子的可持续发展带来巨大的挑战,摩     

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.     

阻变存储器无源高密度交叉阵列研究进展

阻变存储器(resistive random access memory, RRAM)以其结构简单、操作速度快、可缩小性好、易三维(3D)集成、与互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺兼容等优势成为下一代非挥发性存储器的有力竞争者之一,但基于阻变存储器无源交叉阵列中的交叉串扰问题影响了其实现高密度存储的应用和发展.本文简单介绍了阻变存储器交叉阵列中的串扰现象,详细综述了避免无源交叉阵列串扰的1D1R(one diode one resistor)结构、1S1R(one selector one resistor)结构、背靠背(back to back)结构及具有自整流效应的1R(one resistor)结构.同时,对基于阻变存储器无源交叉阵列实现高密度存储的研究发展趋势以及面临的挑战进行了展望.     

超导HEB混频器的设计与制备

展示了一种基于超导NbN薄膜材料的HEB混频器的设计与制备工艺, 详细介绍了高阻硅衬底上的超薄NbN薄膜的生长技术、HEB器件的结构、超导微桥区和平面等角螺旋天线的阻抗匹配等内容. 测量研究了超导NbN HEB的电阻-温度(R-T?)曲线、不同温度下的电流-电压(I-V?)曲线以及HEB对太赫兹(THz)信号的响应特性. 用Y因子方法测量了HEB器件的噪声温度, 在2.5 THz的太赫兹波辐照下, 其最低噪声温度为2213 K.     

氧化镓异质集成和异质结功率晶体管研究进展

超宽禁带氧化镓(Ga₂O₃)半导体具有临界击穿场强高和可实现大尺寸单晶衬底等优势,在功率电子和微波射频器件方面具有重要的研究价值和广阔的应用前景.尽管Ga₂O₃材料与器件研究已取得很大进展,但其极低的热导系数和缺少有效的p型掺杂方法成为限制其复杂器件结构制备和器件性能提升的主要瓶颈.针对上述两大关键瓶颈,本文综述了利用异质材料集成的方法实现高导热衬底Ga₂O₃异质集成晶体管与基于p型氧化镍/n型氧化镓(pNiO/n-Ga₂O₃)异质结的Ga₂O₃功率二极管和超结晶体管的研究进展.采用离子刀智能剥离-键合技术实现的高导热衬底Ga₂O₃异质集成方案可有效解决其导热问题,碳化硅(Si C)和硅(Si)基Ga₂O₃异质集成晶体管展现出远优于Ga₂O₃     

1985年诺贝尔奖金获得者简介

物理奖该项奖金授予西德慕尼黑普朗克研究所的固体物理学家克里钦(Klaus von Klitzing),以表彰他在“量子霍尔效应”研究中所取得的巨大成就。克里钦的成就将普朗克的量子论工作带入“微片”的年代。早在5年前他在符茨堡大学时就开始了二维电子气体的研究工作。产生二维电子气体要求一种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。他特别对测量MOSFET中二维电子层的霍尔效应感兴趣。他发现,霍尔电阻只能取少量的值,每一值与电阻的表观基本值有关。他还意外地发现,电阻值完全与随实验条件而变化的量值无关。霍尔电阻     

氮化物半导体电子器件新进展

氮化物宽禁带半导体是实现大功率、高频率、高电压、高温和耐辐射电子器件的一类理想材料.基于氮化镓(GaN)异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)是氮化物电子器件的主流结构,该结构利用高电导率二维电子气实现强大的电流驱动,同时保持了氮化物材料的高耐压能力.近年来,GaN HEMT器件主要在微波功率和电力电子2个领域得到了快速发展.本文评述了GaN微波毫米波功率器件和高效电力电子器件的若干研究进展,并提出了氮化物电子器件仍存在的问题及解决方向.     

SOI材料和器件抗辐射加固技术

绝缘体上硅(SOI)技术是一种在硅材料与硅集成电路巨大成功的基础上发展起来的,有独特优势的并且能够突破传统硅集成电路限制的新技术.绝缘埋层(BOX)的存在使得SOI技术从根本上消除了体硅CMOS中的闩锁效应.在同等工艺节点下其单粒子翻转截面较体硅CMOS技术小了1~2个数量级,抗瞬时剂量率的能力也提高了2个数量级以上.这些固有优势使得SOI技术在军事和空间应用中具有举足轻重的地位.然而,在空间和核爆等电离辐射环境下,辐射将会在BOX层中引入大量的陷阱电荷.这些辐射感生的陷阱电荷会导致SOI器件和电路性能的退化,从而严重阻碍和制约了SOI技术在抗辐射加固中的应用.另一方面,SOI器件的寄生三极管放大效应会削弱SOI技术在抗单粒子辐射和瞬态辐射方面的优势,这使得抗辐射SOI器件与电路的加固设计面临着严峻的挑战.本文介绍了SOI器件中3种主要的电离辐射效应并对比了体硅器件和SOI器件辐射效应的差异.针对寄生双极晶体管导致SOI器件单粒子效应和剂量率效应敏感性增强的问题,提出了相应地减弱寄生双极晶体管效应的加固方法.针对SOI器件抗总剂量效应差的问题,分别从材料工艺和器件结构两个层次介绍了SOI器件的总剂量加固技术.     

重掺碳砷化镓的光致发光研究

异质结双极晶体管(HBT)利用宽禁带材料作发射区来允许基区重掺杂以减小基区电阻且不降低直流电流增益.基区重掺杂会干扰半导体的能带结构,从而影响器件的光学性质和电学性能.Klausmeier-Brown等通过电学测量已证实:由于基区重掺杂使得注入到AlGaAs/GaAs-HBT基区的电子电流显著增大,其原因归结为由重掺杂引起的禁带变窄使得n_0p_0乘积     

有机薄膜场效应晶体管的研制

采用聚四氟乙烯充当绝缘材料,利用全蒸镀法制备得到了有机薄膜场效应晶体管.源极和漏极采用氧化铟锡,半导体层和绝缘层分别由铜酞菁和聚四氟乙烯充当,栅极采用银电极.在利用光刻制备沟道长度为50μm的源极和漏极后,依次真空沉积铜酞菁层、聚四氟乙烯层和银层,得到器件的电子迁移率为1.1×10~(-6)cm~2·（V·s）~(-1),开关电流比大于500.     

铁电体/高温超导体集成薄膜的制备与性质

高温超导体的载流子浓度比常规超导体的低(对YBa_2Cu_3Q_(7-6)而言,n≌5×10~(21/cm~3)其载流子间的Coulomb屏蔽长度大,因而高温超导体中的载流子浓度易受外加电场的影响,或者说,能够由外场来调制.1991年,文献[1～3]研究了以SrTiO_3为门电极的金属-绝缘体-半导体(metal-insulator-semiconductor,MIS)型的三端器件(three terminal devices),即超导场效应晶体管(superconducing field-effect transistor,SuFET).但实际的增益只达到0.9.通过采用高介电系数的门电极可以对这种超寻场效应晶体管加以改进.理想的选择是铁电体     

有机半导体薄膜的有序化及其器件应用

近些年来,有机薄膜场效应晶体管(OTFTs)得到了快速的发展,但是载流子在薄膜中的传输机理以及如何有效地通过控制有机半导体层的形貌来构筑高性能的有机薄膜晶体管器件仍然是当前研究的难点.本文从有机共轭小分子半导体材料出发概述了通过不同的加工方式来优化和改善其薄膜的有序性,从而进一步提高载流子在半导体层的传输特性及其场效应性能,为制备高性能的有机半导体薄膜器件提供了新的视角和途径.     

利用红荧烯激子能量共振分析三重态激子-电荷作用的磁电导机制

为了研究三重态激子与电荷作用(triplet-charge interaction,TCI)产生磁电导(magneto-conductance,MC)的原因,分别用Al,Li F/Al和Ca等不同功函数的金属作为阴极制作了一系列红荧烯(rubrene)型有机发光器件.在室温下Al电极器件中出现了随磁场增加单调下降的负MC.器件的电流-电压特征曲线表明,Al电极器件中空穴为多余载流子,电子注入困难易形成陷阱电荷.利用rubrene中单重态激子(singlet,S)和三重态激子(triplet,T)的能量共振改变S激子裂变(STT)和T激子聚变(TTA)来调控T激子的比率,并通过更换阴极来改变电子注入势垒高度从而调控电荷(charge,C)的浓度,最终实现对TCI的调控.调控结果表明,Al电极器件中负的MC不应该是T激子与多余空穴通过解离或者散射通道的TCI引起的,而是T与陷阱中的束缚电子通过TCI的去陷阱(T+C_t→S_0+C)通道淬灭导致的.另外,载流子注入较为平衡的Li F/Al和Ca电极器件的MC比Al电极器件的小1个量级,且随磁场的增加先减小后增大,这并非是因为平衡注入器件内的TCI弱,而是由于器件内rubrene功能层中的陷阱容易被电子占满,TCI去陷阱淬灭通道和陷阱捕获淬灭通道对电流的影响变低.因此,载流子陷阱在TCI的磁效应中具有重要地位,使有机功能层中的陷阱尽量多且不易被载流子占满是利用TCI磁效应的重要方向.     

多晶金刚石薄膜的开关特性

开关现象在一些片状和薄膜半导体样品中早巳观察到.但是,迄今为止,尚未见到有关金刚石薄膜开关特性的报道.鉴于金刚石薄膜有着许多优异的电学特性,如有较宽的能带间隙、高的击穿电压、高的电子迁移率以及高的饱和电子速度,因而,金刚石薄膜开关特性的研究,无疑会对实现高压、大功率开关器件有重要应用价值.我们研究了无衬底多晶金刚石薄膜的电流(I)-电压(U)特性.发现,金刚石薄膜在液氮温度和常温下有明显的开关特性,而液氮温度下的开关特性还具有明显的双稳态特点.     

三重态激子浓度对激子-电荷反应中散射和解离过程的调控

制备了4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(DCM)掺杂4,4′-N,N′-dicarbazolebiphenyl(CBP)的有机发光二极管器件,并利用有机磁电导(magneto-conductance,MC)作为一种灵敏的探测工具,研究了器件的载流子传输特性.发现器件的MC随注入电流、温度和掺杂浓度的变化呈现出正、负磁电导效应,正磁电导和负磁电导分别由三重激发态与电荷反应(triplet-charge interaction,TQI)中的散射过程与解离过程所引起.研究表明,器件中TQI的散射和解离过程共存时,注入电流、工作温度和掺杂浓度都是通过改变三重态(triplet,T)激子的浓度来调节磁电导使其发生正负转变,即T激子浓度对TQI中的散射过程和解离过程有不同的作用:T激子浓度越大,TQI中载流子的散射通道越易占主导作用,此时器件呈现出正磁电导效应;反之,T激子浓度越小,TQI中三重态激子的解离通道越易占主导作用,此时器件表现出负磁电导效应.本工作为有机磁电导效应的有效调控提供了一条新途径,也加深了对有机光电器件中电荷与激发态间相互作用的理解.