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.     

高迁移率聚合物半导体材料

作为有机场效应晶体管的重要组成部分,有机半导体材料对器件性能有着重要的影响.相对于小分子半导体材料而言,聚合物半导体材料因其具有更容易溶液加工、适用于室温制备等优势,得到了研究者的广泛关注和研究.从20世纪70年代至今,聚合物半导体材料及其光电器件均得到了突飞猛进的发展.经过研究者们的不断探索创新,各种结构新颖的聚合物半导体材料层出不穷,器件制备工艺也不断优化改进,使得聚合物场效应晶体管的载流子迁移率从早期的10–5 cm2 V–1 s–1提升到了如今的36.3 cm2 V–1 s–1,在聚合物场效应材料分子结构的设计合成方面积累了丰富的经验,同时其内在电荷传输机理也随着材料和器件性能的提高不断明朗.本文以分子结构作为切入点,分别从p型、n型及双极性3种载流子传输类型方面对近5年报道的高迁移率聚合物半导体材料进行了系统的总结与归纳,同时还简要分析了聚合物半导体材料中的电荷传输机制及优化方法,希望对研究者进一步设计和合成更高性能的聚合物半导体材料及器件构筑起到一定的指导作用.     

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。     

基于0.5μm标准CMOS工艺的新型Λ负阻器件

介绍了一种新型的I-V特性为Λ型的负阻器件(negative resistance device,NRT),该器件使用上华0.5μm标准互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor transistor,CMOS)工艺制造.为节省器件数目,此类负阻器件并不调用上华工艺库中现有的标准元件模型,而是将一个金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)和一个双极晶体管(bipolar junction transistor,BJT)制作在相同的n阱中,利用p型基区层作为MOSFET的衬底,从而将两个器件合二为一.NRT拥有较低的谷值电流-6.8217nA和较高的电流峰谷比(peak-to-valley current ratio,PVCR)为3591.器件的峰值电流较小,为-24.4986μA,意味着较低的功耗.该负阻器件的平均负阻阻值为32kΩ.不同于近年来的大多数负阻器件,本器件制作于硅材料衬底上而非化合物材料衬底.因而能够与主流CMOS工艺兼容.新型NRT功...     

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     

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.     

石墨烯透明电极在氮化镓基光电器件中的应用

二维材料石墨烯因其优异的特性或将在下一代纳米电子器件中发挥核心作用.其用作光电器件上的透明电极是目前公认的短期内最有可能实现产品化的领域.本文结合实验室的工作,综述了石墨烯应用作氮化镓(GaN)基光电器件(特别是发光二极管)透明电极的国内外最新研究进展,并对未来发展方向作了展望.     

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.     

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。     

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     

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。     

微/纳尺度高功率电子器件产热与传热特性

传统的宏观传热理论难以准确表征几何结构尺度小于或接近声子平均自由程的高功率电子器件的产热与传热过程,此时器件中能量激发的时间尺度与声子的特征时间尺度相当,甚至小于声子的特征时间尺度,不能满足传统传热理论的假设.本文针对微/纳尺度场效应晶体管的工作过程,建立描述其内部产热及传热特性的多尺度格子-Boltzmann介观模型,通过在模型中引入源项去描述器件内部电子和声子的相互作用,分析计算不同工作状态下晶体管单元的温度分布特征,研究热管理方式对晶体管温度分布的影响,从微/纳尺度揭示了场效应晶体管的产热机理及传热特性,为热设计工作者提供一定的理论依据.     

基于芳香性聚酰亚胺的光电功能材料及器件研究进展

聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物,具有优良的热性能、机械性能和电学性能.近年来,芳香性聚酰亚胺作为新型光电功能材料在有机太阳电池、场效应晶体管、电存储等有机光电器件中的应用价值日益凸显,引起研究者的广泛关注.本文根据芳香性聚酰亚胺的分子结构特点,从光电功能化方法和材料制备策略出发,全面归纳和总结了芳香性聚酰亚胺在光电子器件领域的研究进展,阐述了此类材料的分子结构设计与光电性质以及光电器件性能的内在关系,为今后开发新型高效芳香性聚酰亚胺光电功能材料和器件提供参考.     

宽禁带氧化锌半导体材料的未来与挑战

正第三代半导体材料具有宽禁带、高击穿场强、高激子束缚能、高饱和电子漂移速度的典型特征,在半导体照明、下一代通信技术、能源互联网、高速轨道交通、电力电子器件与新能源器件等领域应用广泛,已经成为未来半导体材料领域全球战略竞争新高地.近年来,美国、日本、英国、欧盟等国家和地区分别通过启动国家计划、设立国家创新中心等方式,持续加大对第三代半导体材料与器件的基础研究,不断推进其技术实现应用突破.自     

磁性半导体

半导体材料是人们对其微观结构和宏观性质都研究得比较深入的一类材料.三十多年来,每种新的半导体材料的出现,常常伴随着新器件的发明和应用.比如,锗材料的研究及其制备工艺的成熟,促成了晶体管的发明和半导体工业的出现,硅材料的研究导致了晶体管制造工艺的改进和集成电路的问世;砷化镓材料的研究,则又伴随着体效应器件及半导体激光器的诞生,目前,在半导体领域中又有哪些材料值得注意呢?下面的三篇短文对其中的三种作了简要的介绍.     

柔性全有机薄膜场效应晶体管的制备和性能

在聚乙烯基对苯二酸酯基片上依次制备氧化铟锡电极、聚甲基丙烯酸甲酯绝缘层、并五苯半导体层和金电极, 得到了柔性全有机薄膜场效应晶体管, 器件的载流子迁移率为2.10×10^-2 cm²·(V·s)^-1, 开关电流比超过10⁵. 同时研究了柔性全有机薄膜场效应晶体管在不同曲率半径下的性能.     

二维半导体材料的生长和光电性能研究

二维过渡金属硫族化合物纳米材料由于是不同带隙的半导体,同时有些在地球上储量丰富,受到人们广泛的关注.在本文中,介绍了用于二维材料场效应晶体管制备的光刻图形转移技术.该方法可以低成本、简单、有效地获得晶体管,同时对二维材料的损伤较小,可以获得高性能的二维材料晶体管;其次,介绍了Co掺杂MoS_2双层纳米片的生长及电学输运研究,可以通过控制生长过程中硫的浓度来改变纳米片的形貌,随着温度的升高,最终可以获得CoS_2/MoS_2六边形结构,电学测试表明Co掺杂MoS_2双层纳米片显n型,而CoS_2/MoS_2六边形结构具有很高的电导率;还介绍了垂直双层SnS_2/MoS_2异质结的气相生长及光电性能研究,这种异质结具有很大的带阶,能带结构呈现Ⅱ型,在异质结区域,出现了强烈的光致发光谱淬灭,这种异质结与相应的单体材料相比,具有增强的光电性能.最后,对二维材料的未来研究进行一些展望.     

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.     

封面说明

<正>单壁碳纳米管具有结构依赖的导电属性,即碳原子排布方式的不同可使得单壁碳纳米管表现为金属性或半导体性.金属性单壁碳纳米管可用于电路连接导线及构建柔性透明导电薄膜,半导体性单壁碳纳米管可作为场效应晶体管的沟道材料等.然而,通常制备的单壁碳纳米管样品中包含约1/3的金属性和2/3的半导体性碳纳米管,这极大制约了单壁碳纳米管在电子器件中的应用.因此,单一     

后摩尔时代第三代半导体材料与器件:应用与进展

<正>随着电子信息技术进入后摩尔时代,人们期望探寻一些新材料、新技术以推进半导体科学技术的进一步发展.作为新一代战略电子材料,宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、功率高、载流子迁移率高、饱和电子速度快、耐高温高压等优异特性,吸引了越来越多的关注.宽禁带半导体材料研究持续推进着LED照明产业的不断发展,