高性能非平面沟道场效应晶体管

半导体器件的高速化、集成化要求其特征尺寸不断缩小,不可避免地导致短沟道效应,从而使得器件性能退化。提出了一种非平面沟道晶体管,利用二维半导体器件仿真软件SILVACO对其阈值电压退化、亚阈值特性和衬底电流进行了研究,并通过能带图、电势分布图和电场分布图探讨了其物理机理。研究表明非平面沟道晶体管可以很好地抑制阈值电压退化,改善器件的亚阈值特性,降低漏电流和衬底电流,提高击穿电压,从而抑制短沟道效应,提高器件的可靠性。     

SiC基HEMTs器件的沟道温度热仿真

GaN作为第三代半导体材料,具有大的禁带宽度,高的饱和速度以及非常高的漏电流密度,导致了AlGaN/GaN HEMTs器件在高温,高功率应用方面脱颖而出.本文通过使用有限元法,实现了在稳态条件下对高电子迁移率晶体管(HEMTs)的温度分布,得到了沟道温度随着沟道位置的不同而不同的变化图.通过仿真得到,在中心沟道处的温度最高,以及随着远离沟道中心,沟道温度将会减小的结论.     

介质阻挡放电等离子体热效应对流场影响的研究

在速度场和温度场测量的基础上,采用数值模拟方法研究了介质阻挡放电等离子体热效应对速度场的影响。分别利用二维粒子图像测速仪和红外热像仪得到了介质阻挡放电等离子体在静止空气中产生的速度场和温度场。通过实验中获得的速度场来验证数值模型的可靠性,而温度场则作为求解能量方程的边界条件。数值模拟结果表明,在无来流的情况下等离子体热效应对流场的影响比较明显,使局部水平方向速度大小提高近30%,但有来流时,由于对流换热使高温区减小,热效应对流场的影响减弱。     

掺杂氧化物作扩散源的理论分析及对硅 PNP 型晶体管消除反型的作用

P-N-P 型晶体管,由于表面效应严重,对外界的影响相当敏感,因而易出现反型及隧道效应,形成大的沟道漏电及低的击穿电压,如果按照通常采用的表面工艺,很难达到预定的电参数,更不能满足高稳定,高可靠的要求。我们试制的3CG22,是在通常平面工艺的基础上,采用掺杂氧化物作扩散源,首先单独进行沟道切断环的 p 型扩散,从而大大地改进了 P-N-P 型晶体管的电特性,     

振荡流底边界层运动的数值研究

将大涡模拟法简化为二维形式,利用SGS格子涡模型封闭二维Navier-Stokes方程水流运动方程组,得到平底振荡流动边界层立面二维水流数值模拟,控制方程采用SMAC法求解,计算结果与水槽实验的实测资料比较较表明,该模型能够模拟振荡流边界流动特性,并进一步讨论了振荡流边界的紊动特性沿垂线分布和随相位变化的情况。     

真空栅介质场效应晶体管自热效应模型

针对纳米尺度金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)热传输尺度效应对自热效应影响加剧的问题,提出一种考虑尺度影响的真空栅介质垂直堆叠硅纳米线(SiNWs)环栅场效应晶体管(GAA FET)自热效应模型。首先,分析硅薄膜与SiNWs内声子散射自由程之间的关系,量化用于衡量声子边界散射的SiNW热导率衰减因子;然后,根据国际上现阶段关于纳米硅薄膜热导率的解析模型,推导得到考虑尺度效应影响的SiNW热导率解析模型;最后,结合纳尺度器件热传输的关键路径,建立起考虑尺度影响的GAA SiNWs FET自热效应模型。在TCAD软件中采用所提自热效应模型实现了GAA SiNWs FET自热效应的数值计算。仿真结果表明:低热导率真空栅介质、垂直堆叠多热源与热传输尺度效应将导致真空栅介质GAA SiNWs FET热生成与扩散过程更加复杂,加剧器件自热效应;通过真空栅介质间隙与环绕气体压强之间的折中设计能够最大化栅极热传输能力,达到抑制器件自热效应以改善器件性能及其可靠性的目的;与传统自热效应模型估算的热点温度值相比,所提出的自热效应模型预测的真空栅器件内热点温度提高了30%,表明该自热效应模型能够有效的揭示GAA FET内SiNW热传输尺度效应对自热效应的影响机制。     

非对称性隧穿电容单电子器件模型与模拟

在基于单电子晶体管的半经典理论和主方程模型的基础上,提出了一种采用非对称隧穿电容设计的单电子晶体管,并用计算机模拟了对称结构的单电子晶体管和非对称隧穿电容(电阻)结构单电子晶体管的特性.模拟结果表明,用主方程法模拟非对称隧穿电容(电阻)结构设计的晶体管,其伏安特性曲线除仍保留对称结构具有的周期性以外,还具有正弦态、电阻态、方波态、截止态四种形态.其性能也有差异.     

全In组分可调InGaN的分子束外延生长

Ⅲ族氮化物InxGa1-xN合金为直接带隙半导体,其禁带宽度随着In组分变化从3.43 e V(Ga N)到0.64e V(In N)连续可调,波长范围覆盖了0.3–1.9μm,具有电子饱和速度高和光学吸收系数大等特点,是制备高效率全光谱太阳能电池和白光照明器件的理想材料.由于缺少合适的衬底,In N和InxGa1-xN薄膜通常生长在蓝宝石或Ga N模板上.本论文综述了采用MBE方法,在蓝宝石衬底和Ga N模板上生长了In N和全组分InxGa1-xN薄膜的生长行为和材料物理性质.利用MBE边界温度控制法在蓝宝石衬底上生长高室温电子迁移率的InN薄膜,利用温度控制外延法在Ga N/蓝宝石模板上制备了全组分InxGa1-xN薄膜.     

热力羽流的大涡模拟

采用大涡模拟的方法对两无穷大平板间受热形成的羽流进行了数值模拟.控制方程为三维不可压N-S方程组,数值格式采用了高精度的伪谱方法,亚格子模型则采用了TNS模型.首先对槽道流进行了模拟,通过比较大涡模拟和直接数值模拟的结果对此方法进行了验证.随后数值模拟了热力羽流的输运过程,分析讨论了相关的温度场和速度场,并比较了不同Rayleigh数对流动特性的影响.结果表明当Rayleigh数比较大时,热浮力对流动的影响比较大,形成了比较复杂的流动结构.     

微管道内剪应力传感器的研制与优化

基于微机电系统(MEMS)微加工工艺,开发了一种能够测量微管道内壁面剪应力的热式传感器,以多晶硅为热敏元件,在低阻硅衬底上形成多孔硅膜隔离硅衬底损耗. 利用水浴加热方法测量得到电阻温度系数为0.21%/℃. 采用数值模拟的方法对剪应力传感器进行了热分析,探讨了提高剪应力传感器灵敏度和线性度的方法,为优化其设计和使用提供了理论基础. 数值模拟结果表明:随着微管道深度的增加,传感器灵敏度提高,但线性度下降.