半导体型单壁碳纳米管的电子输运特性

采用基于密度泛函理论的非平衡格林函数法(Non-equilibrium Green functions,NEGF),对耦合于两个面心立方间的Al(111)电极间的(8,0)碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)传输特性进行了计算。结果表明,在小偏压下(-40～40 mV),碳纳米管伏安特性与孤立碳纳米管的接近为零不同,而是接近为线性,这是耦合导致碳纳米管能级移动的结果。

半导体器件的长期贮存失效机理及加速模型

加速应力试验是评价长期贮存一次性使用半导体器件贮存可靠性的最重要途径之一。针对半导体器件不同的失效机理,选择合理、准确的加速应力模型,是定量分析半导体器件贮存寿命的基础。介绍了半导体器件在长期贮存时的主要失效机理及其加速应力模型,给出了这些模型的适用条件。

半导体器件贮存可靠性快速评价方法

为解决复杂环境下半导体器件的贮存可靠性评估问题,结合半导体器件的贮存失效机理及其寿命-应力模型,提出了基于多贮存应力加速寿命试验的半导体器件贮存可靠性评估方法。在此基础上,以某款中频对数放大电路为研究对象,通过对加速寿命试验结果的分析,获得了电路在规定贮存时间下的可靠度。

半导体器件老炼筛选试验设计

老炼筛选试验是有效剔除内含固有工艺缺陷的半导体器件,以及保证半导体器件使用可靠性的重要途径。本文阐述了半导体器件早期失效的基本概念,并给出了半导体器件早期失效率的预计方法。在此基础上提出了半导体器件老炼筛选试验设计方法,以期最大限度地保证半导体器件出厂后的使用可靠性。

电子器件噪声高斯性和线性的定量分析方法

基于高阶统计量理论,采用双相干系数平方和对电子器件噪声进行了定量分析.通过分析非线性非高斯信号、线性非高斯信号、非线性高斯信号、线性高斯信号,给出噪声信号的线性与高斯性的定量判定标准.将这种分析方法用于实验测量的电子器件噪声信号分析,表明电子器件噪声中存在这4种类型的信号,并可以用该方法进行有效区分.研究结果为电子器件噪声非常规特性的分析提供了理论依据与定量判据.

单轴应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管源漏电流特性模型

本文在建立单轴应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管迁移率模型和阈值电压模型的基础上,基于器件不同的工作区域,从基本的漂移扩散方程出发,分别建立了单轴应变Si NMOSFET源漏电流模型.其中将应力的影响显式地体现在迁移率和阈值电压模型中,使得所建立的模型能直观地反映出源漏电流特性与应力强度的关系.并且对于亚阈区电流模型,基于亚阈区反型电荷,而不是采用常用的有效沟道厚度近似的概念,从而提高了模型的精度.同时将所建模型的仿真结果与实验结果进行了比较,验证了模型的可行性.该模型已经被嵌入进电路仿真器中,实现了对单轴应变Si MOSFET器件和电路的模拟仿真.

(101)单轴应力对Si材料电子电导率有效质量的影响

由Schrdinger方程出发,基于(101)单轴应力下Si材料导带E-k解析模型,重点研究沿任意晶向(101)单轴应力对Si材料电子电导率有效质量的影响。结果表明:(101)单轴应力沿0°和45°晶向均导致导带底附近的六度简并能谷分裂成两组分立的能谷;(101)单轴张应力下,沿45°晶向的电子电导率有效质量随应力增大而明显减小,沿0°和90°晶向的电子电导率有效质量随应力增大而明显增大;(101)单轴压应力下,Si材料沿高对称晶向的电子电导率有效质量随应力增大而明显增大或几乎不变。

半导体质量控制中的非正态工序能力指数计算模型

分析了目前几种主要的非正态工序能力指数计算模型,指出其适用范围和不足之处.根据数据的均值、标准偏差、偏度和峰度四个变量能够体现分布特性,结合切比雪夫-埃尔米特多项式,提出了新的非正态工序能力指数计算模型,该模型能克服数据偏差大时对计算结果的不良影响,并且其代数计算公式可以简化计算.实例分析结果准确有效.

(100)Si基应变p型金属氧化物半导体[110]晶向电导率有效质量双椭球模型

利用应变技术和沟道晶向工程技术,均可有效增强Si基金属氧化物半导体器件的性能.本文提出了(100)Si p型金属氧化物半导体(PMOS)[110]晶向电导率有效质量双椭球模型,从理论上解释了Si PMOS[100]晶向沟道空穴迁移率为[110]晶向沟道空穴迁移率1.15倍的原因.基于(100)Si基应变PMOS反型层E-k关系,拓展应用该模型,首先获得了(100)Si基应变PMOS反型层价带第一子带等能图,然后给出了(100)Si基应变PMOS器件反型层[110]晶向空穴电导率有效质量模型.本文的模型方案合理可行,可为Si基应变PMOS器件的研究与设计提供有价值的参考.

AlGaN/GaN异质结中二维电子气多子带解析建模

为了能够方便精确地研究AxlGa1-xN/GaN异质结中二维电子气性质,提出一种多子带二维电子气的解析模型.利用此模型能够求出二维电子气能带、子能级、波函数和量子特性的解析解.通过模型计算还可以得到二维电子气的分布变化、面电子密度、基带能级、费米能级和势阱随Al组分及AlGaN层厚度的改变.与泊松-薛定谔自洽求解结果相比较,此模型能够给出精确的结论,并避免了泊松-薛定谔自洽求解复杂的数值计算和耗时长等缺点.

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件电离辐照损伤机理及偏置相关性研究

本文利用 60Co γ射线,针对 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high-electron mobility transistors,HEMT)器件,开展了在不同偏置下器件电离辐照总剂量效应实验研究.采用1/f噪声结合直流电学特性参数对实验结果进行测量分析,分析结果表明,受到辐照诱生氧化物缺陷电荷与界面态的影响,当辐照总剂量达到1 Mrad(Si)时,零偏条件下AlGaN/GaN HEMT器件的电学参数退化得最大,其中,饱和漏电流减小36.28%,最高跨导降低52.94%;基于McWhorter模型提取了AlGaN/GaN HEMT器件辐照前后的缺陷密度,零偏条件下辐照前后缺陷密度变化最大,分别为4.080 × 1017和6.621 × 1017 cm–3·eV–1.其损伤机理是在氧化物层内诱生缺陷电荷和界面态,使AlGaN/GaN HEMT器件的平带电压噪声功率谱密度增加.

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件中子位移损伤效应及机理

针对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件和异质结构在西安脉冲反应堆上开展了中子位移损伤效应研究,等效1 MeV中子注量为1×1014 n/cm^2.测量了器件在中子辐照前后的直流特性和1/f噪声特性,并对测试结果进行理论分析,结果表明:中子辐照在器件内引入体缺陷,沟道处的体缺陷通过俘获电子和散射电子,造成器件电学性能退化,主要表现为阈值电压正漂、输出饱和漏电流减小以及栅极泄漏电流增大.经过低频噪声的测试计算得到,中子辐照前后,器件沟道处的缺陷密度由1.78×1012 cm^-3·eV^-1增大到了1.66×10^14 cm^-3·eV^-1.采用C-V测试手段对肖特基异质结进行测试分析,发现沟道载流子浓度在辐照后有明显降低,且平带电压也正向漂移.分析认为中子辐照器件后,在沟道处产生了大量缺陷,这些缺陷会影响沟道载流子的浓度和迁移率,进而影响器件的电学性能.

γ射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响

基于γ射线辐照条件下单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)载流子的微观输运机制,揭示了单轴应变Si纳米NMOSFET器件电学特性随总剂量辐照的变化规律,同时基于量子机制建立了小尺寸单轴应变Si NMOSFET在γ射线辐照条件下的栅隧穿电流模型,应用Matlab对该模型进行了数值模拟仿真,探究了总剂量、器件几何结构参数、材料物理参数等对栅隧穿电流的影响.此外,通过实验进行对比,该模型仿真结果和总剂量辐照实验测试结果基本符合,从而验证了模型的可行性.本文所建模型为研究纳米级单轴应变Si NMOSFET应变集成器件可靠性及电路的应用提供了有价值的理论指导与实践基础.

具有纵向辅助耗尽衬底层的新型横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管

为了优化横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(lateral double-diffused MOSFET,LDMOS)的击穿特性及器件性能,在传统LDMOS结构的基础上,提出了一种具有纵向辅助耗尽衬底层(assisted depletesubstrate layer,ADSL)的新型LDMOS.新加入的ADSL层使得漏端下方的纵向耗尽区大幅向衬底扩展,从而利用电场调制效应在ADSL层底部引入新的电场峰,使纵向电场得到优化,同时横向表面电场也因为电场调制效应而得到了优化.通过ISE仿真表明,当传统LDMOS与ADSL LDMOS的漂移区长度都是70μm时,击穿电压由462 V增大到897 V,提高了94%左右,并且优值也从0.55 MW/cm^2提升到1.24 MW/cm^2,提升了125%.因此,新结构ADSL LDMOS的器件性能较传统LDMOS有了极大的提升.进一步对ADSL层进行分区掺杂优化,在新结构的基础上,击穿电压在双分区时上升到938 V,三分区时为947 V.

氮化硅膜致小尺寸金属氧化物半导体晶体管沟道单轴应变物理机理

应力作用下MOS性能可显著提升,小尺寸MOS沟道中单轴应力的引入可通过在MOS表面覆盖淀积SiN膜实现.虽然该工艺已广泛应用于MOS性能的提升,但有关SiN膜致MOS沟道应力的产生机理、作用机理,以及SiN膜结构与MOS沟道应力类型关联性等方面的研究仍需深入探讨.本文基于ISE TCAD仿真,提出了分段分析、闭环分析和整体性分析三种模型.通过对Si MOS源、栅、漏上多种SiN膜淀积形式的深入分析,揭示了SiN膜致MOS沟道应力产生与作用物理机理.研究发现:1)"台阶"结构是SiN膜导致MOS沟道应变的必要条件;2)SiN膜具有收缩或者扩张的趋势,SiN膜主要通过引起MOS源/漏区域Si材料的形变,进而引起沟道区Si材料发生形变;3)整体SiN膜对沟道的应力等于源/漏上方SiN膜在源/漏所施加的应力、"闭环结构"对沟道内部所施加的应力以及SiN膜的完整性在沟道产生的应力的总和.本文物理模型可为小尺寸MOS工艺制造,以及MOS器件新型应力引入的研究提供有价值的参考.

掺氮3C-SiC电子结构的第一性原理研究

采用广义梯度近似方案处理电子间相互作用的交换关联能量泛函,电子波函数采用平面波基矢展开,并采用超软赝势近似离子实与价电子间相互作用,对掺氮(3×3×3)3C-SiC超晶胞电子结构进行了第一性原理研究.对不同掺氮浓度3C-SiC超晶胞的能带结构和态密度进行计算,结果表明氮原子的2p态和2s态分别占据价带顶和导带底,随着掺杂浓度的增加,导带底和价带顶的位置逐渐向低能端移动,导带底移动速度要大于价带顶,导致禁带宽度减小.

GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理

提出了一种新型GaN异质结高电子迁移率晶体管在强电磁脉冲下的二维电热模型,模型引入材料固有的极化效应,高场下电子迁移率退化、载流子雪崩产生效应以及器件自热效应,分析了栅极注入强电磁脉冲情况下器件内部的瞬态响应,对其损伤机理和损伤阈值变化规律进行了研究.结果表明,器件内部温升速率呈现出"快速-缓慢-急剧"的趋势.当器件局部温度足够高时(2000 K),该位置热电子发射与温度升高形成正反馈,导致温度急剧升高直至烧毁.栅极靠近源端的柱面处是由于热积累最易发生熔融烧毁的部位,严重影响器件的特性和可靠性.随着脉宽的增加,损伤功率阈值迅速减小而损伤能量阈值逐渐增大.通过数据拟合得到脉宽τ与损伤功率阈值P和损伤能量阈值E的关系.

AlGaN/GaN双异质结F注入增强型高电子迁移率晶体管

理论模拟了不同GaN沟道厚度的双异质结(AlGaN/GaN/AlGaN/GaN)材料对高电子迁移率晶体管(HEMT)特性的影响,并模拟了不同F注入剂量下用该材料制作的增强型器件的特性差异.采用双异质结材料,结合F注入工艺成功地研制出了较高正向阈值电压的增强型HEMT器件.实验研究了三种GaN沟道厚度制作的增强型器件直流特性的差异,与模拟结果进行了对比验证.采用降低的F注入等离子体功率,减小了等离子体处理工艺对器件沟道迁移率的损伤,研制出的器件未经高温退火即实现了较高的跨导和饱和电流特性.对14 nm GaN沟道厚度的器件进行了阈值电压温度稳定性和栅泄漏电流的比较研究,并且分析了双异质结器件的漏致势垒降低效应.

高功率微波作用下高电子迁移率晶体管的损伤机理

本文针对高电子迁移率晶体管在高功率微波注入条件下的损伤过程和机理进行了研究,借助SentaurusTCAD仿真软件建立了晶体管的二维电热模型,并仿真了高功率微波注入下的器件响应.探索了器件内部电流密度、电场强度、温度分布以及端电流随微波作用时间的变化规律.研究结果表明,当幅值为20 V,频率为14.9 GHz的微波信号由栅极注入后,器件正半周电流密度远大于负半周电流密度,而负半周电场强度高于正半周电场.在强电场和大电流的共同作用下,器件内部的升温过程同时发生在信号的正、负半周内.又因栅极下靠近源极侧既是电场最强处,也是电流最密集之处,使得温度峰值出现在该处.最后,对微波信号损伤的高电子迁移率晶体管进行表面形貌失效分析,表明仿真与实验结果符合良好.

GaN高电子迁移率晶体管的研究进展

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)是GaN微波功率器件的主要形式,是第3代半导体技术领域发展和竞争的焦点。针对GaN HEMT的目标特性和电流崩塌现象,从材料结构设计和器件设计两方面概括了十几年来GaN HEMT器件性能优化的研究方法,并给出了国内外GaN HEMT器件微波功率特性目前的研究进展水平。