液滴外延下生长参数对InAs纳米结构形貌的影响

利用液滴外延法在GaAs(001)衬底表面制备InAs量子点,通过控制变量分别研究沉积速率、沉积量对In液滴在GaAs表面生长过程中的影响.使用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)表征I⁃nAs纳米结构形貌,得出结论:(1)沉积速率主要通过影响In液滴成核率来控制液滴的密度,即随着沉积速率的增大,In原子在衬底表面的成核率增加,InAs量子点密度增加,实验符合生长动力学经典成核理论.(2)沉积量的改变主要影响液滴的熟化过程,即随着沉积量的增大,可参与生长的活跃的In原子增加,促进了液滴熟化,使得扩散坍塌的原子数量增加,导致在InAs纳米结构中出现多量子点现象.

基于分子束外延技术可控制备Bi原子团簇的研究

本研究基于分子束外延(MBE)技术在Si(111)衬底表面成功制备金属Bi原子团簇.首先,分别在100℃、125℃、150℃、175℃、200℃的生长温度下,制备了大小均一、密度不同的Bi原子团簇.实验结果表明,可以通过改变生长温度来精细控制Bi原子团簇的密度,当温度升高100℃,密度从1.05×10^(11)cm^(-2)降低至2.5×10^(7)cm^(-2),实现对团簇密度4个数量级的可控调节,并且发现Bi原子团簇密度对生长温度的依赖性符合经典成核理论.其次,分别在10 s、15 s、20 s的沉积时长下,制备了密度相同、尺寸各异的Bi原子团簇.实验结果表明,可以通过改变沉积时长来精细控制Bi原子团簇的尺寸:当沉积时长增加10 s,高度和直径分别从8.5 nm和65 nm增大到13.7 nm和100 nm,实现对团簇尺寸在10 nm高度、80 nm直径范围的可控调节,并且发现Bi原子团簇尺寸对沉积时长的依赖性符合晶体生长动力学.与分子束外延制备传统的Ⅲ族(Al,Ga,In)原子团簇做对比,这些结果可以为制备Ⅴ族原子团簇提供实验参考和指导,从而促进纳米级含Bi材料的制备.

基于分子束外延技术可控制备Ga原子团簇的研究

本研究基于分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)技术在Si(100)衬底表面成功制备金属Ga原子团簇.通过控制变量法,研究其尺寸形貌与工艺参数之间的关系.第一组对照实验分别在940℃、970℃、1000℃的Ga源温度下制备Ga原子团簇.实验结果表明,Ga源温度的升高导致Ga的蒸发量增加,进而沉积在Si衬底表面的Ga原子增多,Ga原子自组装成团簇,最终表现为Ga原子团簇的高度升高.第二组对照实验分别在3 s、6 s、10 s、40 s、50 s、60 s的沉积时长下制备Ga原子团簇.实验结果表明,沉积时长增加导致团簇的高度逐渐增加,主要由新吸附原子和竞争效应驱动.第三组对照实验分别在0 s、60 s、300 s的退火时长下制备Ga原子团簇.实验结果表明,退火时长的增加导致团簇的高度下降和团簇内的原子重新排列和分布有关.第四组对照实验分别在420℃、500℃的退火温度下制备Ga原子团簇.实验结果表明,升温至500℃退火会促进Ga原子团簇呈现有序排列,是表面原子的热运动和Ga原子团簇与Si(100)的晶格匹配度的共同作用的结果.

一种具有基极补偿技术的高速运算放大器

介绍了一种基于高速互补双极型工艺设计的宽带高速运算放大器。该运放输入级采用折叠式共射-共基结构能够增大输入级带宽,改进型威尔逊电流镜作为有源负载将差分输入信号转换为单端输出信号,并提高输入级差分增益;通过基极补偿技术补偿输入对管基极电流,降低输入偏置电流,提高运放精度。输出级采用双缓冲AB类输出级,能够消除交越失真,提高运放带负载能力,并为负载提供较大功率。Spectre仿真结果表明:在±15 V,25℃,1 kΩ负载电阻和10 pF负载电容条件下输入偏置电流为34.8 nA,静态电流≤8 mA,单位增益带宽365 MHz,压摆率428.1 V/μs,0.01%精度建立时间为42.3 ns。

过渡金属W、Mn、V、Ti掺杂二维材料MoSi_(2)N_(4)的第一性原理计算

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了W、Mn、V、Ti替位掺杂二维MoSi_(2)N_(4)后的几何结构、电子结构以及光学性质的变化.电子结构分析表明W、Mn、W、Ti替位掺杂二维MoSi_(2)N_(4)后的禁带宽度分别为1.806 e V、1.003 e V、1.218 e V和1.373 e V;四种过渡金属掺杂后MoSi_(2)N_(4)的带隙类型没有发生改变,均为间接带隙半导体;W掺杂后的杂质能级靠近价带顶,费米能级靠近价带顶,为p型半导体,杂质能级为受主能级;Mn掺杂后的杂质能级靠近导带底,费米能级靠近导带底,为n型半导体;V和Ti掺杂后杂质能级位于费米能级附近,为复合中心;光学性质分析表明,在2 e V~4 e V的能量区间内,W掺杂结构的吸收波长为336 nm,体系发生红移;Mn、V和Ti替位掺杂后的吸收波长分别为320 nm、358 nm和338 nm,且掺杂体系均发生蓝移.

一种超低失调集成运算放大器的设计与实现

基于双极型工艺设计了一种超低失调集成运算放大器。通过在差分输入级的有源负载处设计电阻修调网络来调整失调电压,并针对基极电流补偿不可控的问题设计了可修调的基极电流补偿结构来降低偏置电流,利用激光修调技术减小基极补偿结构引入的随机失调,有效改善了输入级失调。增益级采用结型场效应晶体管(JFET)差分对管以获得高增益,输出级采用全npn晶体管的乙类输出结构可满足大功率输出需求。芯片实测数据表明:在全温度范围内,失调电压最大为-25.3μV,失调电压温漂为0.025μV/℃,输入偏置电流为-3.535 nA,输入失调电流为-0.825 nA。实现了超低的失调电压、电流和温漂。

具有可控空穴抽取路径的低损耗4H-SiC双沟槽超结IGBT

基于TCAD设计并仿真了一种具有可控空穴抽取(CHE)路径的双沟槽超结IGBT(CHE-SJ-TIGBT)结构。该器件采用肖特基和非对称超结结构,以增强器件的导通性能和阻断能力。CHE路径由金属栅极(MES)控制。CHE-SJ-TIGBT导通时,高偏置的MES栅极电压会夹断CHE路径,使P-屏蔽层(P-shield)处于浮空状态,以维持较高电导调制并获得较低的导通压降(V_(on))。CHE-SJ-TIGBT关断过程中,CHE路径开启,提供额外的空穴抽取路径,有利于降低关断损耗(Eoff)。仿真结果表明,与浮空的P-shield IGBT(FS-TIGBT)和接地的P-shield IGBT(GSTIGBT)相比,CHE-SJ-TIGBT的V_(on)分别降低了58.02%和68.64%,同时短路耐受时间分别提升了55.8%和32.8%。此外,阻断电压提升了约18.6%。CHE-SJ-TIGBT的关断损耗虽略高于GS-TIGBT,但比FS-TIGBT低了70%,在V_(on)与Eoff之间存在更好的折中关系。

稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe_(2)的第一性原理研究

单层二硒化钨(WSe_(2))是一种具有良好的热稳定性、电子运输和大面积可扩展性的优秀特性。基于密度泛函理论,利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe_(2)的结构、电学性质和光学性质。采用稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂使单层WSe_(2)呈现P型导电传输特性,增强了导电性能,展现半金属特性。此外,La、Eu、Ho掺杂后,提高了单层WSe_(2)在红外光区的光探测能力和对可见光的利用率,在深紫外区域也具有应用潜力。研究结果证明了La、Eu、Ho掺杂单层WSe_(2)的电学性质、光学性质和扩大其应用方面的重要性。

GaAsBi半导体材料的制备及应用研究进展

稀铋Ⅲ-Ⅴ半导体材料在电子和光电子领域具有广泛的应用前景,其制备方法主要有分子束外延法(MBE)和金属有机物气相外延法(MOVPE)。本文聚焦于具有较大带隙收缩、温度不敏感以及强自旋轨道分裂等特殊物理特性的GaAs_(x)Bi_(1-x)半导体材料,对其制备方法和研究进展进行了综述。研究人员对GaAsBi材料的研究主要集中在薄膜、多量子阱、纳米线和量子点材料的制备。在薄膜材料方面,侧重于研究制备工艺条件对GaAsBi薄膜的影响,例如低衬底温度、低生长速率和非常规的Ⅴ/Ⅲ束流比;在多量子阱材料方面,采用双衬底温度技术有效减少Bi偏析问题;对于纳米线和量子点材料,金属Bi作为表面活性剂可以改善材料的形貌和光学性能。然而,目前在该材料研究和应用方面仍存在挑战,如薄膜材料的结晶质量恶化和金属Bi分凝团聚,以及量子点材料中Bi的均匀性和形成机制的争议。解决这些问题对于提高GaAs_(x)Bi_(1-x)半导体材料的质量和促进器件发展具有重要意义。

硅掺杂对不同衬底的氮化铝薄膜的影响研究

选择硅作为N型杂质源,采用高温热扩散的方式进行实验研究.采用磁控溅射法在硅/蓝宝石衬底上外延的AlN薄膜上沉积纯硅.硅的溅射时间决定了硅层的厚度,从而决定了硅的掺杂剂量.在氮气气氛下高温(1150℃)热扩散4小时后,AlN薄膜表面的硅原子扩散进入AlN晶格,取代铝原子的位置,形成掺杂硅的AlN薄膜.有效的硅掺杂导致AlN(002)衍射峰向一个较大的角度偏移,且偏移的角度随掺杂的浓度升高而增大.且硅衬底上的样品,使用能量色散光谱仪测试结果表明,衬底硅将作为固定的扩散源扩散到薄膜中,增加非故意掺杂浓度,因此可以在整个薄膜截面内测量到硅元素.蓝宝石的衬底的样品在热扩散后出现裂纹.

混合物理化学气相法(HPCVD)制备MgB_2超导薄膜技术

介绍了采用混合物理化学气相法(HPCVD)工艺以乙硼烷(B2H6)为硼源在热蒸发镀膜机内以不同的沉积温度在(0001)取向的Al2O3单晶基底上制备了MgB2超导薄膜,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法电阻测量分析了沉积温度对生成的MgB2薄膜的表面形貌、晶体结构、超导转变温度的影响。结果表明,随着基底温度的升高,MgB2相结晶程度提高,c轴取向程度增强,薄膜整体性能显著提高。

基于ICP的Ar等离子体干法刻蚀Ti/Ni/Ag薄膜

在电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺中,选择合适的刻蚀条件对Ti/Ni/Ag薄膜的刻蚀至关重要。使用氩气(Ar)作为刻蚀气体,研究了射频偏压功率、气体体积流量、腔体压强、刻蚀时间等多个参数对功率芯片背面Ti/Ni/Ag薄膜刻蚀深度的影响,并优化刻蚀工艺参数。实验结果表明,调节射频偏压功率和Ar体积流量可以显著影响刻蚀速率,进而对薄膜的微结构进行有效调控。通过优化工艺参数,在射频偏压功率300 W、Ar体积流量40 cm^(3)/min、腔体压强1.2 Pa、刻蚀时间50 min下,芯片Ti/Ni/Ag薄膜的刻蚀深度达到283.25μm,有效提升了刻蚀效率和刻蚀精度。

一种低功耗低失调的集成运算放大器

针对高精度、低功耗运放的需求,利用40V双极型工艺设计了一款电源电压为3~30V的低功耗、低失调集成运算放大器。该运放为单片四通道结构,利用一个不完全对称的二级运放,以减小电路的功耗,同时使得输入级失调得到有效改善。并且在输入级加入了一对射极跟随器,增大电路的输入阻抗,使得输入基极电流有效减小。芯片的测试结果表明,在-55~125℃的范围内,平均开环增益可以达到105.998dB,平均失调电压为159.27μV,平均输入偏置电流为-5.787nA,平均输入失调电流为-0.287nA,单个运放的平均电源电流为189.679μA。

Al掺杂对β-Ga_(2)O_(3)薄膜光学性质的影响研究

近年来,半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展,因此超宽禁带半导体材料β-Ga_(2)O_(3)具有广阔的应用前景,而有效掺杂是实现β-Ga_(2)O_(3)器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)复合结构,经高温退火使Al原子热扩散进入薄膜中,形成Al掺杂的β-Ga_(2)O_(3)薄膜。采用激光区熔法使薄膜区域熔化再结晶,进一步提升掺杂质量。对Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体性质、杂质含量及光学性质进行了测试表征。结果表明:Al掺杂不改变β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体结构;随着Al层溅射时间延长,掺杂含量逐渐增加;当Al溅射时间为5和10 s时,薄膜紫外吸收率分别为40%和50%;随着Al溅射时间的增加,Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜紫外区域光吸收率逐渐增强,Al溅射时间为300 s时,β-Ga_(2)O_(3)薄膜的光吸收率接近90%;低浓度的Al掺杂会导致β-Ga_(2)O_(3)薄膜的禁带宽度变窄。

基于SF_(6)/Ar的电感耦合等离子体干法刻蚀β-Ga_(2)O_(3)薄膜

使用SF_(6)/Ar混合气体作为刻蚀气体,采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀方法,研究了不同激励功率和偏置功率对Ga_(2)O_(3)薄膜刻蚀速率的影响以及不同刻蚀时间对表面粗糙度的影响,并观察了光刻胶的损伤情况以调整刻蚀工艺参数。实验结果表明,适度地增大激励功率和偏置功率可以提高刻蚀速率;合适的刻蚀时间可以在得到低粗糙度表面的同时不会过度损伤光刻胶掩膜。通过优化工艺参数,在激励功率为600 W、偏置功率为150 W、刻蚀时间为17 min下,可得到30 nm/min的Ga_(2)O_(3)薄膜刻蚀速率,刻蚀表面的垂直度高、粗糙度低,同时光刻胶掩膜形貌完好。

基于第一性原理研究缺陷对单层WSe_(2)结构的光电性质的影响

二硒化钨(WSe_(2))具有许多优异的性能,在自旋电子和光电子学的应用中具有极好的潜力,研究缺陷WSe_(2)的电子结构有助于理解载流子掺杂、散射等效应,对其在电子和光电器件中的应用有重要意义。基于密度泛函理论,研究了五种缺陷对WSe_(2)的电子结构和光学性质的影响。对于实验结果进行分析,缺陷对于单层WSe_(2)调控能力较强,其中钨(W)原子与硒(Se)原子位置互换的替位缺陷模型增强了材料的导电性。引入缺陷后材料的光学性质发生较大变化,缺陷结构与本征WSe_(2)结构相比,其长波吸收能力得到了提升,为WSe_(2)在光探测领域的运用提供了理论基础。

一种3×10^(-6)/℃的超低温漂带隙基准源

基于40 V双极型工艺,利用Brokaw型带隙基准源模型,设计了一种宽输入电压范围、超低温漂的带隙基准源。在Brokaw模型的基础上改进核心带隙基准电路设计,使用不同温度系数电阻的补偿方法对基准源的温漂进行二阶补偿;偏置电路使用改进的基极-发射极电压作为电流源,利用电流镜为其他模块提供电流;在钳位运放中引入负反馈,以提高电路的输入电压范围。芯片实测数据表明,在4~36 V的工作电压范围内,2.5 V和3 V输出电压的温漂系数均小于3×10^(-6)/℃;2.5 V和3 V输出电压的线性调整率分别为7.3μV/V和2.5μV/V,实现了超低的温度漂移和线性调整率。

基于倾斜旋转方法磁控溅射制备TSV阻挡层

硅通孔(TSV)是实现三维集成的关键技术,在TSV侧壁制备连续和均匀的阻挡层至关重要。提出了一种磁控溅射制备TSV侧壁阻挡层的方法,将溅射基台倾斜一定角度并水平匀速旋转,使溅射离子的掉落方向与TSV侧壁不平行,靶材离子更容易溅射沉积在TSV侧壁,使得TSV侧壁都能被溅射到,更有利于制备连续和均匀的阻挡层。使用Ti靶进行直流磁控溅射,优化溅射电流和溅射气压,通过扫描电子显微镜(SEM)对TSV侧壁阻挡层的形貌进行表征分析。随着溅射电流和溅射气压的增大,阻挡层的厚度会增加,但是溅射气压的增大使得溅射钛晶粒变得细长,从而导致阻挡层的均匀性和致密性变差。

一种差动式位移传感器芯片的信号调理电路设计

设计了一种适用于线性可变差动式位移传感器(LVDT)的信号调理电路,该电路用于将LVDT的副边输出信号进行处理,并输出一个表征铁芯位移的直流电压;主要由解调电路、除法电路和运算放大器组成。LVDT副边输出为两个互补的正弦波信号,直接驱动信号调理电路;由于该信号调理电路采用了独特的比值架构,得到的是两个电压的差与和的比值,所以不要求LVDT初级激励使电压幅度保持稳定,同时,LVDT初级与次级线圈的相移以及干扰电压对该电路的功能不会产生影响,能有效地解决传统信号调理电路在测量精度和可靠性等方面的问题,具有更好的稳定性和性能优势,经过仿真验证及流片测试表明,该信号调理电路总误差≤1.49%/FS,线性度≤0.05%,满量程输出电压≥±10 V。各项功能指标均达到设计要求。

基于电荷泵的倍增/反向双输出电压转换设计与实现

为了解决目前基于电荷泵的开关电容电压转换芯片功能较为单一的问题,基于Dickson经典电荷泵结构,匹配四路双极型晶体管开关同时实现对输入电压的倍增输出以及倍增后的电压反向。四路二极管充作开关来使用,在降低开关器件导通电压的同时简化了开关电路,缩小了电路的尺寸,并降低了电路的功耗。基于国内某工艺线的40 V互补双极型工艺,设计并制作了带正/负两路输出的开关电容电荷泵电压转换器芯片电路。流片测试结果表明:当电源电压为4 V(负载电流为0 mA、+10 mA)、5 V(负载电流为±10 mA)、9 V(负载电流为+10 mA)、10 V(负载电流为-10 mA)以及11 V(空载)时,输出电压均满足设计指标。