一种MESFET变电容解析模型

随着通讯系统小型化的需要,很多微波有源电路需要单片集成(MMIC)。在MMIC中变容二极管与GaAs MESFET工艺不兼容,无法在一块GaAs半绝缘衬底上同时集成两种类型的器件。为了解决这一难题,我们在MMIC有源压控滤波器设计中提出了一种GaAs MESFET三端变容管结构。并建立了分析这类器件的变电容模型。由于一般用于调频作用的变容管,要求它具有较大的变电容比(C_(max)/C_(min))。因此,对于GaAs MESFET三端变容管就要使得栅压工作在正偏状态,以获得较大的变容比。栅压在正偏下,分析C-V特性时用到的耗尽层模型近似就要产生较大的误差。我们在模型中考虑了自由载流子运动对C-V特性的影响,使得理论模型分析结果与实验测试结果吻合得很好。     

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.     

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.     

用脉冲激光束在n型GaAs上制备欧姆接触

欧姆接触是半导体器件工艺的基本环节之一,制得低而稳定的接触电阻对器件性能的改进有很大意义.n型GaAs欧姆接触合金目前普遍采用以AuGe共晶为基加入不同量的Ni合金,但加热合金化有缩球现象、不均匀性和表面粗糙的缺点,对器件性能带来影响.近年来,不少学者以红宝石脉冲激光器、氩离子连续激光器等进行激光合金化,得到了良好的欧姆接触.     

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.     

纳米器件空间辐射效应机理和模拟试验技术研究进展

电子器件空间辐射效应是影响航天器在轨长期可靠运行的重要因素之一,一直是国际上抗辐射加固技术领域研究的热点和难点.高可靠、高集成度、高性能、低功耗、低成本是未来新一代先进电子系统发展的必然要求,采用更高性能的抗辐射加固纳米器件是必然的趋势.本文在深入调研国内外研究现状的基础上,分析了纳米器件辐射效应面临的新问题.纳米工艺存在着很多不同于大尺寸工艺的特点,沟道长度缩小到十几个纳米,栅氧化层等效厚度小于1 nm.在工艺上引入了纵向逆掺杂阱或横向晕环掺杂技术,以降低栅极诱导漏极漏电效应;在材料上引入了多元半导体材料、应变硅、锗硅、高k栅介质、金属栅极等,以降低器件功耗;在结构上引入了三维Fin FET结构,以增强栅的控制能力.这种趋于物理极限的工艺特点、新材料和新结构的采用产生了许多新的辐射效应现象和机制,模拟试验技术更加复杂,给抗辐射加固技术研究带来了新的挑战.本文综述了纳米器件辐射效应的研究现状和趋势,重点针对28 nm及以下特征工艺纳米器件辐射效应研究及模拟试验的需求,提出了需要研究的科学问题和关键技术,希望能为纳米器件抗辐射加固与空间应用提供参考.     

表面等离子体超衍射光学光刻

由于光波衍射特性,传统光学光刻面临分辨力衍射极限限制,成为传统光学光刻技术发展的原理性障碍.表面等离子体(surface plasmon,SP)是束缚在金属介质界面上的自由电子密度波,具有突破衍射极限传输、汇聚和成像的独特性能.近年来,通过研究和利用SP超衍射光学特性,科研人员提出和建立了基于SP的纳米干涉光刻、成像光刻、直写光刻等方法,在紫外光源和单次曝光条件下,获得了突破衍射极限的光学光刻分辨力.目前,基于SP成像结构,实验中获得了22 nm(~1/17波长)最高SP成像光刻线宽分辨力水平.SP将为发展高分辨、低成本、高效、大面积纳米光学光刻技术提供重要方法和技术途径.本文系统综述了SP光学光刻技术研究发展情况,总结和分析了技术发展现状、存在问题,并对其发展趋势和前景进行了展望.     

面向21世纪的Si基光子学

Si基光子学是近年来在半导体光电子学和纳米材料科学领域中迅速发展起来的一个新型分支学科,旨在研究各类Si基低维材料的发光特性,各种Si基光子器件的设计与制作,并进而实现用于现代光通信技术的全Si光电子集成电路。预计在未来10年内,随着Si基纳米材料发光效率的提高,器件制备技术的进步和光电子集成工艺的成熟,Si基光子学的研究将出现重大突破性进展,并很有可能引发一场新的信息技术革命。本文着重介绍了用于Si基光电集成的光子学材料、器件与工艺在近3~5年内所取得的研究进展,并预测了它们的未来发展趋势。     

二维光子晶体微加工方法的研究与进展

光子晶体这类新型材料的出现使人们操纵和控制光子的梦想成为可能, 全光集成也将会因光子晶体的应用有突破性进展. 光子晶体集成能否实现将以光子晶体器件为基础, 因此首先要研究并实现将在光子集成上有很大应用前景的半导体材料的各种有源和无源光子晶体器件. 二维光子晶体研制的最实用和最重要手段是微加工方法. 总结了近红外波段的二维光子晶体微加工方法, 包括电子束曝光、模板选用和干法刻蚀等, 并进行了评述和展望, 介绍了自己的工艺方法.     

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.     

纸基和类纸基柔性薄膜器件研究进展

近年来,柔性薄膜器件得到了蓬勃的发展,尤其是纸基或类纸基的器件由于具有低成本、柔性、多孔性、自发的液体驱动性等独特的优势,在生物、化学、物理、材料等领域都已得到了广泛的应用.得益于纸基和类纸基(柔性基质材料和光子晶体纸)等膜材料的快速发展,许多多功能、高集成的膜基器件得以问世,使得传统纸张与其他薄膜材料之间的严格界限也逐渐变得模糊.传统纸张可以被认为是一种柔性的薄膜材料,而具有适当柔性或多孔结构的薄膜材料也可以被定义为"纸".纸基和类纸基材料可以驱动液体和调控电子,制作出来的柔性薄膜器件可以用于生化分析器件和复杂的微电子器件.本文较为全面地对传统纸张以及其他柔性薄膜材料所制作的柔性薄膜器件的历史发展和最新进展进行了总结,包括纸基和类纸基柔性膜的制备方法、对微流体和电子的操控和基于这些操控所衍生出来的多元化应用.     

砷化镓光导开关的畴电子崩理论分析

在分析半绝缘(SI)砷化镓光导开关(PCSS)中丝状电流(流注)形成和传播的实验结果 的基础上, 提出了高增益砷化镓光导开关中的畴电子崩(EAD)理论. 该理论完善了EAD 概 念, 揭示了高增益GaAs PCSS 中局域内的强电场作用和高载流子密度效应使非平衡载流子 密度稳定增长, 从而导致流注形成. 应用EAD理论合理地解释了GaAs PCSS 中电流丝的形 成和传播, 解释了在器件两端的偏置电场低于载流子本征碰撞电离的电场阈值条件下器件 中存在载流子雪崩生长等实验现象, 结果表明在这类具有转移电子效应的半导体器件中, EAD 理论是分析流注形成的基本理论.     

激基缔合物器件中三重态-三重态湮灭的反常温度依赖关系

激子型器件的电致发光磁效应(magneto-electroluminescence, MEL)已经被研究得比较透彻,而关于激基缔合物型器件的MEL还鲜有报道.本文制备了激基缔合物型有机发光二极管(organic light-emitting diodes, OLEDs),并测量了其在不同温度和注入电流下的MEL曲线.实验发现,激基缔合物型器件的MEL曲线由两部分组成:系间窜越过程决定的低场部分(|B|≤50 mT)和三重态-三重态湮灭(triplet-triplet annihilation, TTA)过程决定的高场部分(50mT|B|≤300 mT),表明在不同温度和注入电流下,激基缔合物型器件中始终存在可以产生延迟荧光的TTA过程.然而在某一固定注入电流下,激基缔合物型器件的TTA过程具有与激子型器件相反的温度依赖关系,即激子型器件的TTA过程在低温下发生并随温度降低而增强,但激基缔合物型器件的TTA过程在室温下发生并随温度降低而减弱.激基缔合物型器件中TTA过程的这种反常温度依赖关系很好地弥补了以往只有在低温下才能利用TTA过程来提高器件发光效率的这一不足.通过分析器件的能级结构、电流-电压-发光特性曲线和光谱可知,激基缔合物型器件中TTA过程的反常温度依赖关系与三重态激基缔合物较长的寿命和低温对激基缔合物形成的抑制有关.本文的研究结果对提高OLEDs的发光效率具有一定的指导意义.     

激基复合物发光器件中三重激发态之间的湮灭过程

激基复合物中三重态湮灭形成单重态发光是一个相邻四分子间的相互作用过程,通常很难发生.本文通过近些年发展起来的有机磁效应这一灵敏的非接触式研究新方法,在单重态和三重态间的能量差(?EST)较小和给体分子三重态能量较高的激基复合物发光器件中观察到了三重态湮灭这一过程.器件光谱证明激基复合物激发态的形成,结果显示:温度大于100 K时,激基复合物器件的电致发光磁效应(?EL/EL)未呈现出高场下降现象;只有当温度降低到最低(20 K)时,器件才会呈现高场下降现象,且这一趋势,与器件的外加偏压(即注入电流密度)有关;?EL/EL随温度变化的这一趋势进一步证实了这一湮灭过程的存在.基于上述实验结果,初步探讨了在激基复合物发光器件中的三重态激发态间湮灭的形成条件.利用有机磁效应研究激基复合物发光器件中的微观机制对进一步提高器件的发光效率有重要的科学价值和潜在的应用前景.     

深度同步辐射光刻研究

80年代中期由Ehrfeld教授及其同事创造的LIGA(in German:Lithographfie Galvano-formung,Abformtecnnik)技术被认为最有前途的超微细加工方法.LIGA技术即是深度同步辐射X射线光刻、电铸成型、塑料铸模等技术相结合的综合性技术.最基本和最核心的工艺是深度同步辐射光刻,只有深度同步辐射光刻刻蚀出比较理想的光刻胶图形,才能保证制作出高质量的其它材料(如金属)结构图形.LIGA技术在Wisconsin大学得到进一步发展,使之能够实现各零件的组合和装配.     

新结构SrGa2S4:Ce蓝色TFEL研究

用电子束蒸发制备了新型的SrGa2 S4 ∶Ce薄膜电致发光器件 ,获得了稳定的、色纯度较好的蓝色发光 .在这种结构中 ,介质层的介电常数比传统结构的器件低得多 ,且低于发光层的介电常数 ,这有利于电子在SiO和SiO2 层中的预热和加速     

温度和共混浓度对激基复合物与电致激基复合物共存体系的磁效率调控

激基复合物(exciplex)和电致激基复合物(electroplex)经常同时产生于体异质结的有机发光二极管(organic light emitting diodes, OLEDs),有报道称利用这两种发射态共存的器件实现了高效率发光.器件高效率的物理机制与共存体系中自旋对态(spin-pair states)的微观过程有关,相关微观过程还有待深入研究.本文以特征的有机磁场效应(organic magnetic field effects)作为主要探测工具,通过改变器件的工作温度和给体与受体的共混比例来研究这种双发射态共存体系中自旋对态的演变过程.实验结果表明:降低发光器件的环境温度不仅会减弱从高能激基复合物到低能电致激基复合物的Dexter能量传递过程,而且因器件偏压增高还会引起电致激基复合物电荷转移(charge-transfer, CT)态的场致解离,使其数量较少,导致其CT态的反向系间窜越(reverse intersystem crossing,RISC)过程减弱.另外,增加发光层中给体的浓度会引起电荷注入更不平衡,增强过剩的空穴载流子与电致激基复合物的解离反应,这也会减...     

基于化合物半导体材料高速光开关的研究

高速光开关及光开关阵列是全光交换的核心器件. 首先给出全内反射型光波导光开关器件的理论分析模型, 并基于GaAs材料中的载流子注入效应, 采用GaAs-AlGaAs双异质结结构, 研制了工作波长在1.55 µm的X结全内反射型和马赫曾德干涉型两种结构的光开关. 测试结果表明, 开关的消光比均超过20 dB, 开关速度达到10 ns量级.     

1.0eV GaAs基InAs量子点太阳能电池

三结InGaP/GaAs/Ge太阳能电池理论设计中加入带隙为1.0 eV的材料代替带隙为1.4 eV的GaAs中间电池有助于解决多结串联电池的电流阻塞效应实现电流匹配,然而带隙为1.0 eV的InGaAs和GaInNAs外延困难.我们利用分子束外延方法外延得到In0.15Ga0.85As量子阱,InAsdots-in-well量子点以调整太阳能电池带隙.X射线衍射谱中观察到了量子阱的多级卫星衍射峰,量子阱界面陡峭.扫描透射图显示量子点呈金字塔状,量子点的高度约为12 nm,底边长约为27 nm.由原子力显微镜图可知,量子点密度约为2×10~(10) cm~(-2).低温光致发光谱显示量子点在As4束流下呈双模分布.光电流响应谱显示InAsdots-in-well量子点太阳能电池吸收波长可以达到1300 nm,相应于带隙约为1.0 eV.器件J-V特性显示短路电流相比于GaA s标准p-i-n电池增加了37.8%.这表明该InAsdots-in-well量子点太阳能电池有望改善多结太阳能电池的设计中的电流阻塞效应,实现电流匹配,在多结太阳能电池的设计中具有广阔的应用前景.     

GaAs等离子体阳极氧化研究

GaAs的电子迁移率比si高五倍多,因此GaAs MISFET器件的工作速度更快,使用频率更高。制备高效MISFET,必须在GaAs上形成良好的绝缘介质膜。至今,用热氧化、热分解淀积SiO_2、Si_3N_4、Al_2O_3和SiO_xN_y,以及水溶液或非水溶液阳极氧化等方法得到的结果都不