GaAs/Al_(0.3)Ga_(0.7)As短周期超晶格中负微分电导效应的观察

1970年,Esaki和Lsu提出了半导体超晶格的概念,旨在获得一个全新物理范畴的电子性质.由于超晶格中电子态之间的耦合,导致微带形成,载流子在这些微带中的输运将展现出新的物理现象,例如,Esaki和Lsu所预言的负微分电导效应.然而,后来在超晶格中载流子纵向输运实验上所观察到的低温条件下的负微分电导效应是由于高场畴或者级连共振隧穿引起的.最近,Sibille等人在GaAs/AlAs短周期超晶格中在室温条件下观察到Esaki-Lsu所预言的负微分电导效应.在本文中,我们给出了GaAs/Al_0.3Ga_0.7As短周期超晶格在300K和77K温度下的微带输运实验结果,两个温度下的实验数据均表现出清楚的负微分电导效应,而且77K温度下的微带电导明显地大于300K下的微带电导,这与理论的预言是相符的.     

高功率、长寿命GaAs光电导开关

通过改进GaAs光导开关衬底材料研制工艺、机械结构设计、欧姆电极研制工艺、绝缘封装工艺和脉冲电源馈电方式,研制了3mm异面电极的GaAs光导开关.在56.12μJ光能激励、1kHz重频、15kV偏压、50?负载实验条件下,测得光导开关使用寿命超过3.6×106次,输出电脉冲峰值功率2MW、脉冲宽度2ns、触发抖动方均根值为65ps;最高工作电场达到100kV/cm,对应峰值功率达到10MW;实验还给出了光导开关电压转换效率、触发抖动随偏压升高的测试结果;考虑GaAs对1064nm光吸收系数随电场的变化,定量分析了光导开关电压转换效率随偏压变化的实验现象.     

晶格匹配型单量子阱GaAs/AI_xGa_(1-x)As半导体电极的光电化学行为

近年来,在半导体光电化学领域中,半导体超晶格(量子阱)材料作为一种新型的光电极的研究已引起人们广泛的注意和重视.由于半导体超晶格(量子阱)能带的量子化,因此具有许多完全不同于体材料的新特性,如其量子阱中的激子受到阱宽的限制不仅寿命长于相应的体材料,而且有较强的光吸收性能;量子阱中光生热载流子的能量驰豫明显慢于体材料,具有较长的热载流子寿命,大大增强了热载流子效应以及其载流子迁移率大于体材料等.这些特性都有利于提高光能的转换效率.本文研究了晶格匹配型单量子阱GaAs/Al_xGa_(1-x)As电极     

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,     

InGaAs/InAlAs/InP异质结结构的X射线双晶衍射研究

Al_xGa_(1-x)As/GaAs材料在高电子迁移率晶体管(HEMT)的应用上已经显示出很好的高频特性。然而,这一系统小导带不连续性(当x=0.3时,△E_c=0.24eV)及较低的二维载流子浓度及饱和速度等因素限制了截止频率的进一步提高和器件应用。而与InP匹配的In_(0.52)Al_(0.48)As/In_(0.53)Ga_(0.47)As异质结体系,消除了AlGaAs层,避免了低温持续光电导。且沟道     

磁场对锗表面场效应的影响

十多年来,Ge表面的电学性质已经进行了广泛的研究,常用的研究方法是表面场效应的测量。近几年来,也进行了不少关于Ge表面电磁性质的研究,例如,Petritz和Zemel等分别从理论和实验上研究了片状Ge的电导率、霍耳系数和磁阻随表面势垒的变化;分析了,当考虑载流子浓度变化时在近本征半导体中的热电磁效应,得出了在弱磁场中通电流的片状样品电阻率变化的表达式,式中包含两项,一项为磁阻效应;另一项为磁浓缩效应     

非故意掺杂与半绝缘GaN缓冲层上的AlGaN/GaN异质结构的高温电子输运特性

研究了非故意掺杂(UID)与半绝缘(SI)GaN缓冲层(BL)上的Al0.35Ga0.65N/GaN异质结构高温下的电子输运特性,应用Hall效应系统地测量了样品在高温下的电子面密度和电子迁移率随温度变化的关系.实验发现,高温下AlGaN/GaN异质结构的电子迁移率主要受到LO声子散射的作用,其中,UID-BL样品的电子面密度随温度升高而逐渐上升,SI-BL样品的电子面密度则随温度升高呈现先下降再平衡后上升的规律.对相应的未生长AlGaN势垒层的本征GaN薄膜的高温电阻特性分析表明,随着温度的升高,UID-BL样品的电子迁移率受到背景载流子的影响逐渐增大;SI-BL样品的电子迁移率在室温附近受附加位错散射的影响较大,600K以后受背景载流子的影响缓慢增强,这对于研究AlGaN/GaN异质结构器件的高温特性具有很好的参考意义.另外,由理论计算可知,高温下二维电子气(2DEG)逐渐向势垒层和缓冲层内部扩展,电子在第一子带的占据从室温下的86%下降到700K时的81%.     

GaAs:Co2+光谱的理论研究

GaAs是具有重要用途的半导体,其掺入过渡金属离子后的光学及磁学性质日益受到人们普遍关注。在实验上许多人,如Ennen等人及Henned等人对GaAs:Co~(2+)进行了研究。然而在GaAs:Co~(2+)光谱理论研究方面,经典晶场理论未区分d电子t_(2g)轨道和e_g轨道差别,因而忽略了Racah参量A的影响,这对共价性很强的GaAs:Co~(2+),显然将引起大的误差。 本文对Racah静电相互作用考虑了t_(2g)轨道和e_g轨道间的区别,推导出d~(3,7)电子组态在O_h对称下新的能量矩阵公式,且与经典晶场理论计算的结果进行比较,得出t_(2g)与e_g轨道的差别将明显影响半导体中过渡金属离子的能级及Racah参量A的贡献是不可忽略的结论。并用以计算了GaAs:CO~(2+)的光谱,得到了与实验一致的结果。     

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.     

一种确定湿材料VOC释放过程的物理模型

提出了一种确定湿材料中VOC(volatile organic compounds)释放过程的物理模型. 与目前常用的其他模型不同的是, 该模型考虑了湿材料中VOC释放过程中的干燥过程, 分析了VOC的饱和蒸汽压在整个VOC的释放过程中的作用机理. 当湿材料应用在物体表面时, VOC开始释放, 材料中TVOC的浓度将减小, 在气液接触面上TVOC的分压力开始下降, 为了保证气液接触面上TVOC的分压力为饱和蒸汽压, 湿材料的液面开始下降, 并且不可挥发性物质在表面形成干燥层. 对该模型用数值方法进行了求解, 并与VB模型求解结果、CFD模型的求解结果以及实验结果进行了对比, 可以发现干燥模型计算结果与CFD模型的计算结果以及实验数据吻合较好, 较VB模型能更准确地描述VOC的扩散过程.     

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。     

AB型卤化物热膨胀系数的理论计算

热膨胀是矿物和矿物材料的重要热学性质,有关矿物的热膨胀系数的理论计算,长期以来一直是矿物学家、材料学家、物理学家和化学家所关注的重要研究课题.Megaw给出矿物的热膨胀系数与键强的关系;Ruffa从统计热力学理论出发,给出矿物的热膨胀系数与离子之间距离和其他热力学参数之间的关系计算公式.但是,由于影响矿物热膨胀性能的因素复杂,这些计算方法均未能取得令人满意的结果.前者只能给出半定量的计算结果;后者虽然计算精度有较大提高,而对AB型卤化物的热膨胀系数的计算结果,只能较好地反映热膨胀系数随阴离子的变化规律,而不能很好地反映随阳离子的变化规律,且误差较大(其计算结果见表1).1 计算方法我们从矿物的晶体结构、晶体化学理论和原子及其核外电子层性质,通过分析AB型卤化物的热膨胀系数随晶体结构类型、晶体化学特征和元素周期表的变化规律,给出AB型卤化物     

非原生掺杂半绝缘磷化铟(InP)及其应用对比

过去的几年中,由于1.31和1.55 μm波长半导体激光器在光纤通信领域得到了广泛的应用。磷化锢(InP)衬底材料的研究和规模化生产因此受到了极大的推动,并已逐步成为继硅(Si)和砷化镓(GaAs)之后又一重要的化合物半导体材料.与GaAs相比,InP晶体具有高的饱和电场漂移速度、良好的导热性和较强     

开路状态下平面异质结有机太阳能电池的数值模型

运用数值方法, 系统研究了开路状态下平面异质结有机太阳能电池受体层的最低未占据分子轨道(LUMO)能级和阴极Fermi 能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度对器件内部载流子浓度、电场和电势分布的影响, 得到了载流子浓度、电场和电势分布随受体层的LUMO 能级和阴极Fermi 能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度变化的定量关系, 这为以后的平面异质结有机太阳能电池开路状态下的实验研究提供了理论基础.     

基于Alq3的有机电致发光器件温度特性的研究

以真空热蒸镀的方法制备了基于八羟基喹啉铝(Alq₃)为发光层的单层和双层有机电致发光器件, 测试了器件在不同温度条件下其电致发光特性的变化, 研究了器件性能的温度特性, 详细分析了温度对器件电流传导机制的影响. 结果表明, 器件的电流-电压特性与陷阱电荷限制电流理论的预测很好地符合. 此外, 由于有机层内载流子迁移率和浓度都随着温度的增加而增加, 导致Alq₃器件的电流随温度单调上升. 不同温度下Alq₃器件的电流传导机制没有改变, 但是电流-电压关系式中的幂指数m随温度无规则变化. 由于温度上升会引起Alq₃发光性能衰减, 所以器件的发光亮度随温度略有上升, 而发光效率随温度单调下降. 电致发光光谱随温度上升出现微小的蓝移, 其单色性的降低是来源于有机半导体材料本身的能级特征.     

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.     

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.     

开路状态下平面异质结有机太阳能电池的数值模型

运用数值方法,系统研究了开路状态下平面异质结有机太阳能电池受体层的最低未占据分子轨道(LUMO)能级和阴极Fermi能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度对器件内部载流子浓度、电场和电势分布的影响,得到了载流子浓度、电场和电势分布随受体层的LUMO能级和阴极Fermi能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度变化的定量关系,这为以后的平面异质结有机太阳能电池开路状态下的实验研究提供了理论基础.     

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.     

Ca_9Zn_(4.5-δ)Sb_9(0<δ<0.5)化合物Sr/Eu阳离子掺杂与热电性质

作为一种非常有前景的热电材料, Ca_9Zn_(4.5-δ)Sb_9(0δ0.5)相较于其他材料有着成本低、环保高效等优势.以往研究表明间隙金属元素在该体系中起着关键作用,然而由于其狭窄的域值范围制约了Ca_9Zn_(4.5-δ)Sb_9的性质调控.本文用原子半径更大的阳离子Sr/Eu来取代少量Ca,使其Seebeck系数和电学性质得以同步增强,得到了间接调控间隙原子的结果.载流子测试表明,载流子浓度有轻微降低,而载流子迁移率有着明显提升,这与增大的晶体热导性质都表明晶体结构发生了明显变化.对Ca_(9-x)Sr_(x)Zn_(4.5-δ)Sb_9系列进行了单晶X射线衍射测试,结果表明随Sr含量增大晶格参数有增大趋势,间隙Zn原子浓度上升,材料热电性能得到协同优化.最终掺杂样品中, Ca_(8.2)Eu_(0.8)Zn_(4.5-δ)Sb_9在873 K得到最大热电优值(ZT)约为0.81.