1280×1024元InAs/GaSb II类超晶格中/中波双色红外焦平面探测器

本文报道了1280×1024元InAs/GaSb II类超晶格中/中波双色红外焦平面阵列探测器的研究结果。探测器采用PN-NP叠层双色外延结构,信号提取采用叠层双色结构和顺序读出方式。运用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料,双波段红外吸收区的超晶格周期结构分别为中波1:6 ML InAs/7 ML GaSb和中波2:9 ML InAs/7 ML GaSb。焦平面阵列像元中心距为12μm。在80 K时测试,器件双波段的工作谱段为中波1:3~4μm,中波2:3.8~5.2μm。中波1器件平均峰值探测率达到6.32×10^(11) cm·Hz^(1/2)W^(-1),中波2器件平均峰值探测率达到2.84×10^(11) cm·Hz^(1/2)W^(-1)。红外焦平面偏压调节成像测试得到清晰的双波段成像。本文是国内首次报道1280×1024规模InAs/GaSb II类超晶格中/中波双色红外焦平面探测器。

大尺寸GaN微波材料范德瓦耳斯外延机理及应力调控研究

本文基于金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,以少层氮化硼(BN)作为插入层在4英寸蓝宝石衬底上开展范德瓦耳斯异质外延GaN微波材料的生长机理及应力调控方面的研究,探讨了AlN成核工艺对GaN缓冲层生长机制的影响,以及与材料晶体质量、应力及电学性能等之间的关联。提出了一种基于AlN/AlGaN复合成核技术的应力调控方案,首次实现了大尺寸范德瓦耳斯(vdW)异质外延材料应力的有效管控,研制的GaN微波材料的弯曲度(Bow)为+20.4μm,(002)/(102)面半峰全宽为471.6/933.5 arcsec,表面均方根粗糙度为0.52 nm,电子迁移率达到2000 cm^(2)/(V·s)。最后,基于机械剥离实现了大尺寸晶圆级GaN微波材料与蓝宝石衬底的分离,为高导热衬底转移提供便利,为大功率射频器件的制作创造条件。

石墨烯插入层对蓝宝石上GaN材料的应力调制

较大的晶格失配和热失配使得异质外延生长的GaN材料具有很高的残余应力,对材料和器件的性能产生重要影响。在蓝宝石衬底和GaN外延层之间插入一层石墨烯,通过Raman光谱和弯曲度测试分析了石墨烯插入层对GaN材料应力的影响。Raman测试结果表明,蓝宝石衬底上GaN材料压应力为0.56 GPa,引入石墨烯插入层后GaN材料压应力为0.08 GPa。弯曲度测试结果表明无石墨烯插入层的蓝宝石上GaN材料弯曲度约为21.74μm,引入石墨烯插入层后弯曲度约为1.39μm,引入石墨烯插入层的GaN材料弯曲度显著降低。讨论了石墨烯插入层对蓝宝石上GaN材料的应力调制机制,验证了石墨烯插入层技术对于异质衬底上获得完全弛豫GaN外延层的可行性。

高品质磷化铟多晶的HGF法合成研究

用高压水平温度梯度定向结晶技术合成了磷化铟(InP)多晶。分析了不同温度梯度对多晶配比度的影响,结果表明当温度梯度低于4℃/cm时,多晶呈明显富铟状态,配比度在97%以下;当温度梯度在5℃/cm以上时多晶致密、无铟夹杂,达到近化学配比状态,配比度达到99%以上。对多晶样品进行了霍尔测试和辉光放电质谱(GDMS)测试,合成的高配比度磷化铟多晶载流子浓度在8×10^(15)cm^(-3)以下,迁移率在3900 cm~2·V^(-1)·s^(-1)以上,纯度达到99.99999%以上。多晶中的杂质主要有Si,S,Fe,Cu,Zn,As等,分析了杂质的来源及其对材料性能的影响。

高温退火对AlN外延材料晶体质量的影响

采用高温退火技术改善金属有机物化学气相沉积AlN薄膜材料晶体质量。研究发现较低的生长温度下,Al原子迁移能力弱,外延呈岛状生长模式,形成大量的柱状晶粒,晶粒倾斜、扭曲,晶格原子排列混乱,存在大量的位错和层错缺陷;高温退火时晶格发生重构,晶粒合并,位错和层错缺陷减少,晶格排列整齐,晶体质量得到提升。通过优化生长温度和退火温度,获得了高质量的200 nm厚AlN模板,其(002)和(102)面的X射线双晶衍射摇摆曲线半高宽分别为107 arcsec和257 arcsec,位错密度比退火前降低了2~3个数量级。

Ag掺杂TiO_(2)阻变特性的理论研究

阻变随机存储器(RRAM)是一种非易失性存储器。相比于传统的存储器,阻变随机存储器的读写速度和存储性能都实现了重大突破,是公认的新一代主流存储器。但是以TiO_(2)等金属氧化物为衬底的阻变随机存储器还存在阻变机制不清楚的问题。采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了Ag掺杂TiO_(2)的阻变特性,研究表明[001]、[110]、[011]、[111]四个方向的形成能和表面能均为负,最容易沉积形成表面。[011]、[111]方向最高势能面最大,电荷容易集聚,临界势能面同样最大,容易形成导电细丝。同时[011]、[111]方向的扩散势垒最小,容易形成导电通道。[011]和[111]方向的禁带宽度明显小于[001]和[110]方向,且存在明显的轨道杂化,容易在特定方向形成导电细丝。[011][111]两个方向上的电子和空穴有效质量约为[001][110]两个方向的2/3,而迁移率约为[001][110]方向的1.5~2倍,因此在外电场作用下更容易形成导电细丝。[011]和[111]方向电导率增长迅速,是实现阻变特性的理想方向。本文的研究结果可为改善以TiO_(2)为衬底的阻变随机存储器的性能提供理论指导。

VGF半绝缘GaAs单晶片的碱腐蚀特性研究

研究了半绝缘GaAs的碱性腐蚀液的温度、配比对半绝缘GaAs晶片的几何参数、粗糙度、腐蚀速率等的影响,根据碱性腐蚀原理;解释了腐蚀液温度对晶片翘曲度的改善原因,以及腐蚀速率随温度和配比的变化规律;实验结果表明在碱性腐蚀液中晶片的TTV和粗糙度比较稳定。

Ga-N熔体热力学性质及钠助熔剂法制备GaN单晶的研究进展

作为第三代半导体的关键材料之一,Ⅲ族氮化物在过去几十年中因其应用于光电子和微电子器件而得到了广泛的研究,如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和高电子迁移率晶体管(HEMT)。Na助熔剂法已成为生长高质量GaN晶体的重要技术之一。综述和讨论了Na助熔剂法GaN结晶的发展历程与最新技术,包括Ga-N的结晶热力学性质、熔体结构、助熔剂选择、单点籽晶技术、多点籽晶技术、孔隙与位错控制、形貌演化与生长条件优化等。最后,对比其他体GaN技术,展望了Na助熔剂法的挑战与机遇。

掺杂种类对磷化铟晶片切割损伤层及翘曲度的影响

研究了掺杂对磷化铟(InP)单晶切割损伤层及翘曲度的影响。使用化学腐蚀法研究了相同切割工艺条件下不同掺杂晶片的损伤层厚度的差别,得到了切割损伤层厚度以及在相同腐蚀条件下不同掺杂晶片的本征腐蚀速率。4种InP晶片的本征腐蚀速率排序为掺S晶片>掺Fe晶片>非掺杂晶片>掺Zn晶片。研究晶片损伤层对翘曲度的影响时应结合晶体各向异性。利用Stoney公式,结合InP单晶加工应力特性,分析了损伤层厚度与晶圆翘曲度的关系。研究结果表明,由于[001]晶片表面各区域的加工性能呈现出较强的各向异性,造成表面损伤状态也呈现同样的规律,导致切割片呈现“马鞍”状。最后提出了如降低加工应力、优化腐蚀方案等降低InP切割片翘曲度的有效途径。

离子注入诱导成核外延高质量AlN

超宽禁带AlN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、直接带隙等优势,被广泛应用于光电子器件和电力电子器件等领域.AlN材料的质量影响着AlN基器件的性能,为此研究人员提出了多种方法来提高异质外延AlN晶体的质量,但是这些方法工艺复杂且成本高昂.因此,本文提出了诱导成核的新方法来获得高质量的AlN材料.首先,对纳米图案化的蓝宝石衬底注入不同剂量的N离子进行预处理,随后基于该衬底用金属有机化学气相沉积法外延AlN基板,并在其上生长多量子阱结构,最后基于此多量子阱结构制备紫外发光二极管.研究结果表明,在注入N离子剂量为1×10^(13) cm^(-2)的衬底上外延获得的AlN基板,其表面粗糙度最小且位错密度最低.由此可见,适当剂量的N离子注入促进了AlN异质外延过程中的横向生长与合并过程;这可能是因为N离子的注入,抑制了初期成核过程中形成的扭曲的镶嵌结构,有效地降低了AlN的螺位错以及刃位错密度.此外,基于该基板制备的多量子阱结构,其残余应力最小,光致发光强度提高到无注入样品的152%.此外,紫外发光二极管的光电性能大幅提高,当注入电流为100 mA时,光输出功率和电光转换效率分别提高了63.8%和61.7%.

5G基站用740MHz~960MHz 705W GaN功率器件的研制

为了提升740MHz~960MHz 705W GaN功率器件的输出功率和抗失配能力,对GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)和GaN功率器件进行设计,采用双场板技术和背面通孔技术解决器件击穿电压低和抗负载失配能力差的问题。同时,基于预匹配技术和金属陶瓷封装技术,成功研制出Dohert结构的GaN功率器件。对设计出的GaN功率器件进行测试,在工作电压为48V、工作频段为740MHz~960MHz的条件下,实现输出功率达到708W,带内功率附加效率最高达77.8%,功率增益大于16.5dB,抗失配能力达到5:1的性能指标。

热处理GaSb衬底对近距离升华法制备CdZnTe外延膜的影响

衬底的表面质量对生长膜层的质量有重要影响,衬底表面的粗糙度、均匀性、附着物残留及氧化层均是其表面质量的评价标准。本文报道了一种热处理方法,通过近距离升华设备原位去除GaSb(001)衬底上的氧化层后用于制备CdZnTe外延膜。通过控制热处理的温度和时间,获得洁净且平整的较优衬底状态。利用原子力显微镜和X射线光电子能谱表征了热处理对GaSb衬底形貌和成分的影响,采用双晶X射线摇摆曲线对经过热处理后的GaSb衬底上生长的CdZnTe外延膜的结晶质量进行了评价。为了深入研究这种异质界面附近微观缺陷的性质和外延形成机制,还对CdZnTe/GaSb截面进行了TEM分析研究。GaSb衬底在600℃经过180 s热处理后,可以去除衬底表面大部分氧化物且相对平整,提高了CdZnTe外延膜的结晶质量,在双晶X射线摇摆曲线中的半峰全宽为94″,接近已报道的块体CdZnTe晶体的结晶质量。

C离子对AlGaAs/InGaAs异质结的辐照影响

基于SRIM软件计算了不同能量的C离子在AlGaAs/InGaAs异质结中的平均投影射程和辐照损伤区,仿真了能量为500keV、800keV、1100keV的C离子入射到AlGaAs/InGaAs异质结中的能量损失情况,发现随着入射离子能量的增加,电离能比例增加,非电离能比例降低,入射离子产生的电离能损远大于反冲原子产生的电离能损,反冲原子产生的声子能损远多于入射离子产生的声子能损;通过仿真还发现,当C离子的能量为800keV时,辐照损伤区在异质结处且在异质结处产生的空位缺陷最多。

过渡金属硫族化合物基于激子的光致发光调控研究进展

简单介绍了二维(2D)层状过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenide,TMD)材料中的激子,具体介绍了TMD材料的优缺点以及目前研究所面临的现状和问题,其中合成高产率、高性能的单层TMD是TMD作为下一代电子材料进一步发展的关键挑战。详细综述了基于TMD中的激子对调控光致发光方法的最新进展,包括化学掺杂、衬底工程、抑制激子-激子湮灭(EEA)等方法,最后总结和展望了TMD材料目前研究现状存在的主要问题以及未来的需求与挑战。

水下成像系统中的硒化锑异质结光电探测器的性能优化

海洋资源的开发利用和保护对人类的生存和发展具有重要意义。水下光成像是一种利用光在水下环境中实现数据传输的技术,对于了解海洋和水下环境的承担重要的角色。然而,光电探测器作为水下光通信系统的核心,受困于弱光探测能力差、耐水性差和检测率低。采用近距离升华(Sb_(2)Se_(3))和旋涂法(ZnO)制备的Sb_(2)Se_(3)/ZnO异质结光电探测器在零偏压条件下表现出优异的光探测性能,光暗电流比达4.42E+04,带宽带响应谱范围为360~850 nm,响应度高达13.7 mA·W^(-1),比探测率超过4.3E+11 Jones,在5E-4 mW·cm^(-2)的微弱光强实现光响应。这项工作为水下成像系统提供了一个可靠的高质量光电探测器,这将促进海洋科学的研究与发展。

800 V充电平台中SiC材料的应用及发展趋势

SiC功率器件具有优异的性能,已经成为高端新能源汽车的核心部件,并随着应用成本的降低在逐步取代传统的Si基器件。然而,SiC单晶生长的参数可控性差、成本高、扩径难度大,它的市场渗透受到制约。当前对于SiC材料的投资非常火热,国内也有大量产业项目开展,但是实际投产却相对较少,半导体材料行业准入门槛较高,也需警惕重复建设的风险。山西烁科晶体有限公司实现了6英寸(1英寸=25.4 mm)SiC衬底产业化,并推出了8英寸产品,计划在十四五期间内将年产能扩充至150万片以满足市场巨大的需求,同时不断提升产品的良率及性能,助力第三代半导体行业的发展,在实现“碳达峰碳中和”的目标道路上贡献力量。

Structural design of mid-infrared waveguide detectors based on InAs/GaAsSb superlattice

In the realm of near-infrared spectroscopy,the detection of molecules has been achieved using on-chip waveguides and resonators.In the mid-infrared band,the integration and sensitivity of chemical sensing chips are often constrained by the reliance on off-chip light sources and detectors.In this study,we demonstrate an InAs/GaAsSb superlattice mid-infrared waveguide integrated detector.The GaAsSb waveguide layer and the InAs/GaAsSb superlattice absorbing layer are connected through evanescent coupling,facilitating efficient and highquality detection of mid-infrared light with minimal loss.We conducted a simulation to analyze the photoelectric characteristics of the device.Additionally,we investigated the factors that affect the integration of the InAs/GaAs⁃Sb superlattice photodetector and the GaAsSb waveguide.Optimal thicknesses and lengths for the absorption lay⁃er are determined.When the absorption layer has a thickness of 0.3μm and a length of 50μm,the noise equiva⁃lent power reaches its minimum value,and the quantum efficiency can achieve a value of 68.9%.The utilization of waveguide detectors constructed with Ⅲ-Ⅴ materials offers a more convenient means of integrating mid-infra⁃red light sources and achieving photoelectric detection chips.

Sb^(3+)/Bi^(3+)掺杂对Cs_(2)ADyCl_(6)(A=Li,Na,K)发光性能的影响

A2B′BCl_(6)型双钙钛矿因其极强的空气稳定性和出色的光学特性而被应用于发光材料。以Cs^(+)作为A^(+),Dy^(3+)替代Pb^(2+),Cl^(-)作为卤素制备新的镝基钙钛矿纳米晶体Cs_(3)DyCl_(6),使用Li、Na、K离子替代式掺杂合成Cs_(2)ADyCl_(6)(A=Li,Na,K)非铅体系钙钛矿材料,通过掺杂Sb^(3+)/Bi^(3+)作为激发剂实现了不同发光性能的调控。结果表明:Cs_(2)NaDyCl_(6)发射曲线更加平滑且在蓝光与黄光区域均可实现发射,表现出优异的光学特性;通过Sb^(3+)/Bi^(3+)掺杂,双钙钛矿的光学特性得到显著提升,Na^(+)和Sb^(3+)的共同作用可以使钙钛矿材料发光产生蓝移,而Na^(+)与Bi^(3+)的共同作用则可以使其发光产生红移。

In^(3+)、Sb^(3+)、Bi^(3+)掺杂对双钙钛矿Cs_(2)NaDyCl_(6)发光性能的调控

A2B′BCl_(6)型双钙钛矿因其极强的空气稳定性和出色的光学性能而被应用于发光材料。使用Na离子替代式掺杂合成非铅体系钙钛矿材料Cs_(2)NaDyCl_(6),引入In^(3+)、Sb^(3+)和Bi^(3+)等掺杂元素对双钙钛矿Cs_(2)NaDyCl_(6)发光性能进行调控。结果表明:通过In^(3+)的掺杂,拓宽了材料的发射区间,进一步提高了其光学性能;Bi^(3+)掺杂能够使钙钛矿的发射光发生红移现象,Sb^(3+)掺杂可以使钙钛矿的发射光发生蓝移现象,Sb^(3+)和Bi^(3+)共同掺杂能够平衡钙钛矿在可见光区域的发射;在In^(3+)、Sb^(3+)、Bi^(3+)三种元素的共同掺杂下,Cs_(2)NaDy_(0.445)In_(0.445)Cl_(6)∶0.1Bi 0.01Sb成功实现了白光发射,在265 nm波长激发下,其CIE色坐标为(0.34,0.35),色温达到5314 K,显色指数高达94。

室温辐射探测器用CdTe基化合物半导体晶体生长研究进展

CdTe基化合物半导体材料由于具有较宽的带隙、良好的光电性质和电子传输性能,在室温辐射探测领域具有广阔的应用前景。其中CdTe、CdZnTe、CdMnTe和CdMgTe单晶具有优异的载流子传输特性被用作室温X射线和γ射线探测器。本文探讨了CdTe基晶体生长的离子性强,热导率差等难点。介绍了CdTe基晶体的生长方法,并综述了CdTe基晶体在室温辐射探测领域的研究进展。展望了CdTe基晶体的发展方向,为CdTe基化合物半导体晶体材料的应用提供了更丰富的想象空间。