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.     

三元合金异质结InxGa1-xAs/InxAl1-xAs的价带带阶ΔEv值研究

三元合金异质结是异质结器件的重要材料,它广泛应用于微波和光电器件中。如组分x=0.3的合金异质结可用于研制高电子迁移率晶体管(HEMTs)、绝缘栅场效应晶体管(HIGFETs)和谐振隧道二极管(RTDs);组分x=0.53的三元合金异质结广泛应用于光电子的高速光电器件中。在决定量子阱、超晶格电子态的因素中,半导体异质结界面两侧价带带阶△E_v值(即valence-band offsets)是重要的物     

脉冲激光淀积单取向超导Ba_(1-x)K_xBiO_3(BKBO)薄膜

Ba_(1-x)K_xBiO_3(BKBO)氧化物超导体的发现,引起了人们浓厚的兴趣.高温超导体,如YBCO,呈各向异性的电学性质,相干长度ζ较短(ab)平面相干长度约为1.2～1.5nm,c方向相干长度约为0.2～0.3 nm),较难制备出在超导电子学上有重要应用的SIS型隧道结.而BKBO是一立方晶体超导体,具备各向同性的电学性质,并且相干长度较长,约为5～7nm,有可能制备出性能优良的SIS型隧道结.Fink等人制备了滞后的YBCO/SrTiO_3/BKBOJosephson结,并观察到了Shapiro台阶和自感应台阶.BKBK/I/BKBO型结构也相继发表,     

ZnO基异质结紫外光发射器件研究进展

宽禁带半导体ZnO具有高达60 meV的激子束缚能,是一种极具潜力的短波长发光材料.在其p型掺杂存在巨大挑战的现状下,发展ZnO基异质结光发射器件不失为一种理想的选择.本文围绕p-n结型和MIS结型(金属-绝缘体-半导体)两类异质结构,介绍了ZnO紫外发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的研究进展.针对ZnO异质结LED/LD存在的问题(如:发光效率低、稳定性差),重点介绍了通过引入ZnO单晶纳米线和金属局域表面等离激元,以及采用表面钝化等方法,改善器件性能方面的研究工作.     

超导量子比特中铝超导隧道结的性能

超导隧道结约瑟夫森结是超导量子比特的基本元件.用双层光刻胶构成悬空掩模,用电子束斜蒸发的方法制备Al/Al2O3/Al隧道结,用一定的氧气气压氧化铝膜作为势垒层.势垒层质量直接影响铝超导隧道结的各项电学参数.深入研究了铝超导隧道结的超导临界电流密度Jc和面积归一化电阻Rc(正常态电阻RN与结面积的乘积)与势垒层生长条件的关系,通过改变势垒层生长的氧分压与氧化时间来控制铝超导隧道结的Jc和Rc,以使此工艺所制备的铝隧道结漏电流小,结参数易于控制,满足制备超导量子比特的要求.     

未来的半导体器件

本文综观半导体器件的现状,提出21世纪占主导地位的半导体器件为真空半导体器件、BiCMOS器件、低温半导体器件、GeSi异质结器件以及量子效应半导体器件,它们在一定程度上代表了未来半导体器件的发展方向。     

磁隧道巨磁电阻效应及应用

磁隧道磁电阻效应具有饱和磁场低,工作磁场小,磁电阻大,灵敏度高等优点,从而在计算机信息存贮和高灵敏传感器方面有着广泛的应用前景。本文着重介绍磁隧道结的原理,制备技术及应用前景。     

新型多铁层合异质结及其在可调微波器件中的应用

电压调控磁序的研究,对于实现超快响应、微型化和低功耗的电子器件具有重要的理论和实践意义.同时具有铁电和铁磁特性的多铁异质结可通过基于应变诱导的磁电耦合效应实现由电压调控磁特性,从而引起了学术界的广泛关注.在多铁异质结中,利用磁弹作用,电场引起的机械应变可在铁磁相中产生等效磁场,并改变其铁磁共振频率.因此,由其制备的微波器件必然满足微型化、超快响应和低功耗的要求,并可实现新的功能性.本文将从不同的方面介绍最近关于多铁体及其在微波器件中的应用等方面的工作,主要包括:具有强磁电耦合效应的新型多铁层合异质结的构建,基于多铁异质结的可调微波信号处理器的开发,以及在多铁异质结中通过铁电畴弹性反转来非易失性调控微波性质的研究.这类可调节的多铁异质结及其器件的研发为实现下一代可调磁性微波元件、超低功耗电子器件和自旋电子元器件提供了广阔的前景.     

高温超导本征结加工中的氩离子铣技术

最近, 用高温超导单晶Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+x 制备本征结器件从而实现太赫兹辐射源的研究有较大突破, 而本征结器件的样品制作仍需细致而深入的研究. 为此我们首先借助于单晶硅, 制作了矩形的高台(mesa)结构, 观测了在不同离子加速电压和不同离子束入射角度下, 氩离子铣的刻蚀速度和刻蚀形成台阶侧壁的形貌, 给出了一种刻蚀速率高、台阶侧壁陡峭、对样品损伤小的刻蚀方案, 用此方法加工出的高温超导本征结器件在一定条件下可以得到太赫兹辐射信号.     

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     

钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3巨磁电阻p-n结

用激光分子束外延成功地制备出钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3 p-n结, 首次观测到钙钛矿结构氧化物p-n结电流的磁调制和巨磁电阻效应. 其巨磁电阻特性与掺杂的镧锰氧化物是非常不同的, 当温度为300, 200和150 K时, p-n结具有正磁电阻特性; 当温度为100 K时, 在低磁场条件下, p-n结呈现正磁电阻特性, 随着磁场强度的增加, p-n结变为负磁电阻特性. p-n结的磁电阻变化率?R/R0(?R = RH ?R0, R0是外磁场为0时p-n结的电阻, RH是外磁场强度为H时p-n结的电阻) 在300 K条件下, 当磁场强度为0.1和5 T时, 达到8%和13%; 在200 K条件下, 当磁场强度为5 T时, 达到41%; 在150 K条件下, 当磁场强度为1 T时, 达到40%; 在100 K条件下, 当磁场强度为0.13和5 T时, 达到10%和-60%.     

磁隧道结(MTJ)

评述了近年发现的铁磁金属／绝缘体／铁磁金属隧道结中与自旋相关隧穿效应相联系的巨磁电阻效应及包括结电导、磁电阻和它们对温度和结电压的依赖性在内的理论和实验研究结果。     

聚合物太阳能电池研究进展

指出了聚合物太阳能电池的光电响应方式与传统无机太阳能电池的差别, 描述了聚合物太阳能电池的工作原理、器件结构和光电效应的产生过程, 强调了当前广泛使用的体相异质结器件结构的突出优点, 分析了目前制约电池效率和稳定性提高的主要因素, 特别就光敏层薄膜形貌对器件性能的影响进行了深入的探讨. 并提出了提高聚合物太阳能电池效率的途径以及延长电池寿命的方法, 为今后聚合物太阳能电池的发展指明了研究方向.     

超导磁通量子比特的制备及Al/AlO_x/Al隧道结特性参数

超导量子比特作为利用约瑟夫森结实现量子位的方案之一,具有易集成、易与外界耦合等优点.用双层光刻胶通过深紫外光曝光制备悬空掩膜结构,Al作为超导材料,采用电子束斜蒸发及静态氧化的方法制备了超导磁通量子比特样品.通过对Al薄膜厚度与平整度关系分析,选取60 nm作为隧道结底层Al厚度,增加蒸发源到样品衬底间的距离,提高了Al薄膜平整度,降低了隧道结漏电流.通过透射电子显微镜分析,观测到Al隧道结三层结构,并得到了势垒层厚度和氧分压的关系.     

自然信息

超导体隧道效应的声子谱利用慕尼黑工业大学迪切(W.Dietsche)教授设计的新技术,将有可能对通过物质的声波进行全部谱分析。它将填补固体中声波(频率高于100GHz)探测的空白,并将受到研究氦-固体界面和无序材料的物理学家的热烈欢迎。迪切用两种超导体(例如铝和铅-铋)形成结,并施加外电压V_0,使结产生偏压。在每一个超导体中存在一个小的能隙,它使正常电子与配成对的电子(称为库柏对)分开,从而赋予材料以零电阻。如果铝(能隙为△_1)与铅-铋(能隙为△_2)形成结(见图),则发生如下现象:当某些条件满足时,能产生由于电子对破裂而形成的电子的量子力学隧道效应。     

有机半导体异质结电荷产生层及其在叠层有机发光二极管中的应用

叠层有机发光二极管因其具有更高的亮度、效率以及稳定性, 其研究备受关注.本文综述了叠层有机发光二极管的最新进展; 总结了作者研究小组基于有机半导体异质结的概念, 设计了由一种p 型有机半导体和一种n 型有机半导体层层组成的双层有机半导体异质结电荷产生层, 并用它们作为连接单元制备了叠层有机发光二极管, 器件的电压得到了降低, 功率效率得到了提高. 通过对电荷产生层的工作机制的深入剖析, 揭示了降低电压、提高功率效率的内在物理原因, 为进一步设计高性能有机电致发光器件提供了新的思路; 最后对叠层有机发光二极管的未来发展方向进行了展望.     

Bi2Sr2CaCu2O8+x单晶本征结制备及特性

在Bi2Sr2CaCu2O8+x单晶上制备了具有台式结构的本征Josephson结, 成功地观察到了本征结特有的电压-电流(I-V)特性曲线, 包括多分支结构、具有低临界电流的表面结以及准粒子分支上的亚能隙结构, 并给出了相应的物理解释. 在30 K时本征结的能隙电压为20 mV. 此外, 内禀结的Ic-T曲线和波对称超导体沿c轴方向Ic-T关系理论计算结果基本符合. 其dI/dV-V关系曲线大致呈V型, 与具有s波配对对称性超导体所呈现的U型的dI/dV-V曲线有明显不同, 体现了Bi2Sr2CaCu2O8+x具有波配对对称性.     

第ⅥA主族元素掺杂Mg-MoS2异质结势垒高度调控

在纳米尺寸的薄膜场效应晶体管中,源极、漏极(金属材料)与有源层(半导体材料)之间的肖特基势垒是制约器件发展的关键因素之一.本文采用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,通过第Ⅵ主族元素对二硫化钼(MoS₂)的硫原子进行替位掺杂,电子结构分析表明,氧的替位掺杂可以显著降低MoS₂的带隙值.选择功函数值较低的金属Mg,构建氧掺杂Mg-MoS₂异质结,研究发现,界面位置的氧掺杂可以使该异质结由肖特基接触变为欧姆接触.分析结果表明,欧姆接触的形成原因主要来自3个方面:(1)氧的掺杂增大了MoS₂的电子亲合能;(2)未掺杂的Mg-MoS₂异质结禁带中存在金属诱导间隙态,使费米能级被钉扎在禁带中靠近导带底的位置,界面氧掺杂降低了金属诱导间隙态在费米能级附近的强度,使费米能级的钉扎效应减弱而进入导带;(3)界面氧掺杂时,界面电荷转移减少,电偶极矩对Mg-MoS₂异质结相对能级改变的影响减小.本文的研究结果为金属-半导体界面的肖特基势垒高度调控提供了一定的理论指导.     

钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3巨磁电阻p-n结

用激光分子束外延成功地制备出钙钛矿氧化物La_0.9Sr_0.1MnO₃/SrNb_0.01Ti_0.99O₃p-n结, 首次观测到钙钛矿结构氧化物p-n结电流的磁调制和巨磁电阻效应. 其巨磁电阻特性与掺杂的镧锰氧化物是非常不同的, 当温度为300, 200和150 K时, p-n结具有正磁电阻特性; 当温度为100 K时, 在低磁场条件下, p-n结呈现正磁电阻特性, 随着磁场强度的增加, p-n结变为负磁电阻特性. p-n结的磁电阻变化率ΔR/R₀(ΔR = R_H -R₀, R₀是外磁场为0时p-n结的电阻, R_H是外磁场强度为H时p-n结的电阻) 在300 K条件下, 当磁场强度为0.1和5 T时, 达到8%和13%; 在200 K条件下, 当磁场强度为5 T时, 达到41%; 在150 K条件下, 当磁场强度为1 T时, 达到40%; 在100 K条件下, 当磁场强度为0.13和5 T时, 达到10%和-60%.     

荒漠藻结皮的胶结机理

通过生物学与土壤学、矿物学、糖化学和风沙物理学多学科实验方法的综合利用，对强度显著不同的多年老龄荒藻结皮、野外人工藻结皮、室内人工藻结皮进行研究，从多方面、多层次揭示了藻结皮胶结机理问题。结果发现强度最弱的室内人工藻结皮中藻体多分布在表面，胞外聚合物含量低，强度维持仅靠藻丝的机械束缚；野外人工藻结皮中大多数藻丝生长在深层，同时分泌更多胞外聚合物，当藻类单位生物量产生1.4倍以上的有机质时，部分胞外聚合物开始聚集结皮，表面低凹处形成一有机质层，使结皮强度提高2．5倍；当该有机质层吸附、截留了一定量尘埃、土粒和沙粒变成无机层时，使强度再次提高2－6倍，建群种－具鞘微鞘藻（Microcoleus vaginatus)胞外聚合物的88.5%为酸性成分，785为380kD的酸性蛋白糖，其中糖醛酸最达8％，它们的自由羧基是与基质中金属离子结合的重要位点。