宽禁带半导体——基本性质和现代光子和电子器件

该书汇编了来自日本学术与工业界的宽禁带半导体领域的奠基人及开创者对氮化物半导体材料生长与应用等方面极其深入的阐述，同时该书也包含SiC，金刚石薄膜、ZnO的掺杂、Ⅱ-Ⅳ族半导体及BeZnSeTe／BAIGaAs材料体系的性质与应用等内容。     

高灵敏度宽禁带半导体紫外探测器

以碳化硅(SiC)和Ⅲ族氮化物为代表的宽禁带半导体是近年来国内外重点研究和发展的新型第三代半导体材料,具有禁带宽度大、导热性能好、电子饱和漂移速度高以及化学稳定性优等特点,用于工作于紫外波段的光探测器件具有显著的材料性能优势.宽禁带半导体紫外探测器的主要应用包括:国防预警、环境监测、化工和生化反应的光谱分析和过程检测、以及天文研究等.本文主要回顾近年来南京大学在此方面开展的一些代表工作,所涉及到的典型器件有:具有极低暗电流的AlGaN基日盲MSM紫外探测器、高量子效率AlGaN基日盲雪崩光电探测器、以及SiC基可见光盲紫外单光子探测器.     

输入端谐波抑制的高效E类宽禁带功率放大器

文章提出对E类功率放大器进行谐波抑制的改进设计方法,有效利用输入端信号功率,从而提高功放的功率附加效率;分析了E类功率放大器的工作原理,结合新型宽禁带功率器件利用ADS软件进行了电路仿真设计,并对实际放大器电路进行了实际测试。结果表明,对输入端谐波抑制的改进可以使功率放大器在1.1～1.3GHz频段内输出功率保持在10W以上,功率附加效率达到了79.6%,比改进前E类功率放大器的效率有了明显的提高。     

宽禁带SiC肖特基势垒二极管的研制

采用微电子平面工艺 ,高真空电子束蒸发金属Ni作肖特基接触 ,多层金属Ni、Ti、Ag合金作欧姆接触 ,SiO2 绝缘环隔离减小高压电场集边效应等技术 ,制作出Ni/4H SiC肖特基势垒二极管 (SBD) .该器件在室温下反向击穿电压大于 450V ,对应漏电流为 6× 1 0 -6 A .并对实验结果进行分析模拟 ,理想因子为 1 .73 ,肖特基势垒高度为 1 .2 5V ,实验表明 ,该器件具有较好的正向整流特性和较小的反向漏电流 .     

高效能半导体器件进展与展望

随着数字时代的不断发展,中国"3060碳战略"目标的确立,绿色低碳成为我国各行业发展主要导向,其中,高效能半导体器件发展应用成为推动汽车电子、电子信息、大数据中心等领域节能降耗的重要趋势.从硅、锗为代表的传统半导体材料到现在以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料,再到以金刚石、氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料,支撑半导体器件的性能不断提升,促进射频通信、高功率器件、照明器件等方面革新发展.主要介绍了宽禁带半导体和超宽禁带半导体的研究进展,分析了高效能半导体在射频通讯、汽车电子、航空航天、新型显示等新兴领域的应用前景,总结了目前超宽禁带半导体发展主要面临的难点问题,结合当前相关的研究成果,展望高效能半导体科研、技术及产业的发展趋势,对于我国半导体科技与产业发展都具有重要的指导意义.     

第三代宽禁带功率半导体及应用发展现状

近年来,以碳化硅和氮化镓为代表的第三代宽禁带功率半导体迅猛发展,已成为中国功率电子行业的研发和产业化应用的重点.抓住第三代宽禁带功率半导体的战略机遇期,实现半导体材料、器件、封装模块和系统开发的自主可控,对保障工业创新体系的可持续发展至关重要.在分析第三代宽禁带功率半导体重要战略意义的基础上,综述了其材料、器件研发和产...     

第三代半导体引领生活新时尚——记北京大学宽禁带半导体研究中心张国义团队

继硅（Si）引导的第一代半导体和砷化镓（GaAS）引导的第二代半导体后,由Ⅲ族氮化物引领的第三代半导体闪亮资场并已逐渐发展壮大。与Si、GaAs等半导体不同,Ⅲ族氮化物所引领的第三代半导体对生活所体现出来的能力让人感到震惊,尤其在照明光源、激光器存储和功率微波器件等领域所造成的影响可以说是革命性的。     

超宽禁带二维半导体材料与器件研究进展

超宽禁带二维半导体作为二维材料研究领域的前沿之一,在紧跟第三、四代半导体朝着大带隙、大功率方向发展的同时,也为集成电路往小体积、高集成度方向的探索提供了思路.根据晶体堆积是否为范德华层状结构,超宽禁带二维半导体在材料层面的研究内容一方面是将已有的或成熟的非层状材料通过各种限制手段将第三维度压制在纳米量级,另一方面则是探索新型的范德华层状材料通过生长或剥离的方式得到其单层或少层结构.从器件层面看,超宽禁带二维半导体无论是以独立形式还是两两组合叠成异质结,形成的器件大多都以探测紫外波段的电磁辐射为目的,进一步可以做成包括成像系统、数字通讯等在内的光学传感器.若是辅助以柔性衬底,那么二维材料将发挥天然的可弯折优势,被广泛应用到柔性场效应晶体管、柔性紫外探测器、显示器等可穿戴电子器件中.而当材料有对外界刺激(如光照)表现出“记忆”特性时,说明可以将材料用于类神经突触传感或神经网络学习.此外,超宽禁带二维半导体中具有超大带隙的部分材料是极具潜力的电介质,它们往往拥有远比氧化硅大的介电常数与击穿电压,在减薄器件体积的同时也优化了器件的性能.最后,少数超宽禁带二维半导体是许多材料制备过程中的衬底,它...     

用光学方法测量半导体禁带宽度的温度系数

本文提出了一种测量半导体禁带宽度温度系数的方法,推导出一个求dEg/dT的公式。利用这一公式,在室温附近测量计算了砷化镓单晶的禁带宽度温度系数,得到结果为-3.97×10~(-4)ev/k,这与人们公认的-3.95×10~(-4)ev/k极其接近,说明作为一种基本测量方法,是切实可行的。     

《半导体器件》课程中GaN基光电器件差异性教学探讨

在《半导体器件》课程中加强宽禁带半导体器件的教学是科学技术与国民经济快速发展对高等学校基本职能所提出的根本要求。本文阐述了把第三代宽禁带半导体GaN基光电器件作为新型半导体器件进行重点教学的必要性和意义．同时也指出需要采用差异化的教学方法来讲授新型器件在结构、工作原理与光电性能等方面的特殊表现。     

位置敏感日盲深紫外光电探测器

超宽禁带半导体β-Ga₂O₃的带隙约为4.9 eV,是理想的日盲深紫外光电探测材料.最近,研究者利用β-Ga₂O₃薄膜,成功研制了四象限结构位置敏感日盲深紫外光电探测器.该研究为Ga₂O₃在深紫外光、X射线定位或成像等领域的实际应用提供了思路.     

III族氮化物半导体异质结构中载流子的量子输运和自旋性质

III族氮化物半导体具有宽的直接带隙,很强的极化电场,优异的物理特性,是发展高频、高温、高功率电子器件和光电子器件的优选材料．同时,III族氮化物半导体有很长的电子自旋弛豫时间以及很高的居里温度,也成为近年来半导体自旋电子学研究的重要材料体系之一．本文介绍了用量子输运和自旋光电流方法对Gain基异质结构中载流子的量子输运和自旋性质的研究进展．对III族氮化物半导体中的能带结构,子带占据和散射,自旋分裂及自旋轨道耦合机制等进行了讨论．     

氮化镓基IMPATT二极管电学特性模拟研究

基于宽禁带半导体氮化镓材料,设计了传统的高-低结构的碰撞电离雪崩渡越时间(IMPATT)二极管,并对其直流特性和高频特性进行了模拟研究。模拟结果显示该IMPATT二极管工作频率达到300GHz,输出功率为1.94W,直流-射频转换效率达到17.2%,结果表明氮化镓材料在太赫兹器件制造领域应用潜力巨大。     

超宽谱电磁脉冲脉宽变化对无线电引信的影响

为了得出超宽谱电磁脉冲脉宽对无线电引信的影响与作用机理,选择某型集成电路米波无线电近炸引信,给出了研究所需的试验设备和试验方法,通过变换超宽谱脉宽对无线电引信进行辐照,得出了脉宽变化对无线电引信的影响,并确定了被试无线电引信在不同脉宽下的发火阈值.最终得出超宽谱电磁脉冲与无线电引信的作用主要是通过后门的方式耦合进入的.超宽谱电磁脉冲脉宽的变化对引信有很大的影响,超宽谱脉宽越窄,对引信的影响越大.     

一维光子晶体禁带的特性与加宽

分析了一维光子晶体禁带的特性,讨论了影响一维光子晶体相对带宽的主要因素.在此基础上,以两个晶体的叠加为例,对扩展一维光子晶体的相对带宽作了进一步的讨论,对光子晶体在可见光波段的应用进行了更好的探索,为设计制造一维光子晶体提供了一种较好的办法.     

p型Al/6H-SiC肖特基二极管特性的研究

作者研究了p型Al/6H -SiC肖特基二极管的基本制作工艺及其电学参数 .采用电流 -电压法 (I～V) ,测试了肖特基二极管的理想因子n和肖特基势垒高度b.对其基本电学参数n和b 的温度特性进行了研究 .分析了串联电阻对I～V特性的影响 .     

2014年诺贝尔物理学奖解读

 本文从半导体科学技术研究与诺贝尔物理学奖的渊源出发,详细解读了2014 年诺贝尔物理学奖成果"高效GaN 基蓝光发光二极管"的研究背景、核心创新内容、科学意义和应用价值,分析了氮化物宽禁带半导体的发展趋势。文章从3 位诺贝尔物理学奖获得者的研究历程、诺贝尔评奖委员会的评奖标准等视角,探讨了2014 年的诺贝尔物理学奖对我国物理学科建设、如何看待应用物理研究与基础物理研究的关系以及对成果评价标准的启示和借鉴价值等问题。     

超宽公路架桥机优化设计与应用：以贵州省新平河特大桥为例

针对在超宽梁架设过程中,由于桥墩的墩顶直径较小,使得前支腿间距过窄,横梁会与架桥机前支腿产生干涉,并且现有架桥机无法满足喂梁和架设要求这一问题,本文提出了超宽公路架桥机前支腿内收的设计方案,成功解决贵州省钢-混桥梁实际施工建设中的技术难点,实现了超宽连续超宽钢主梁的整孔高效架设,并以贵州省都匀至安顺高速公路新平河特大桥铺设为例,进行了有限元分析与现场应力、挠度监测,验证了本文架桥机的结构安全性能,为超宽公路架桥的应用提供参考。     

GaN基垂直腔面发射激光器的研制

作者在我国大陆首次实现了GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的激射.首先采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上进行高质量氮化物增益区的外延生长,然后在表面沉积高反射介质膜分布布拉格反射镜(DBR).将样品键合到其它支撑片上后,采用激光剥离技术将蓝宝石村底去除.再在去除蓝宝石后露出的氮化物表面沉积第二组介质膜DBR制成VCSEL.在室温光泵条件下,观察到VCSEL的激射,激射波长449.5 nm.阈值6.5 mJ/cm2,激射峰的半高宽小于0.1 nm,这些指标达到了国际领先水平.本文为进一步研制实用化氮化物VCSEL奠定了重要的基础.