镓硼共掺对6英寸VGF法锗单晶电阻率均匀性的影响

由于杂质分凝效应,镓掺杂垂直梯度凝固(VGF)法锗单晶的电阻率分布不均匀,理论上利用镓和硼分凝系数的差异,镓硼共掺工艺可以提升锗单晶电阻率均匀性。采用镓硼共掺工艺制备了6英寸(1英寸≈2.54 cm)VGF法锗单晶,对比分析了掺杂工艺对锗单晶电阻率均匀性的影响。当镓和硼杂质浓度分别为5.13×10^(18)cm^(-3)和0.67×10^(18)cm^(-3)时,在等径0~40 mm范围内轴向电阻率不均匀性为4.92%,等径0 mm和40 mm处径向电阻率不均匀性分别为1.63%和0.45%,与镓杂质浓度为5.13×10^(18)cm^(-3)的镓掺杂工艺相比,锗单晶头部的电阻率均匀性明显提升。当硼杂质浓度提高到1.89×10^(18)cm^(-3)时,镓硼共掺锗单晶头部电阻率均匀性变差。结果表明,适量硼掺杂的镓硼共掺工艺可以提升锗单晶头部电阻率均匀性。

nBn结构长波红外碲镉汞器件优化设计

分析了Type-I型能带对nBn结构碲镉汞器件性能的影响。通过理论计算获得了势垒层组分、掺杂浓度与能带带阶的关系,确定了nBn结构长波器件吸收层掺杂浓度与暗电流的关系。优化了nBn结构长波红外碲镉汞器件的掺杂浓度、势垒层与吸收层之间的组分过渡,建立了二维器件仿真模型并对nBn结构长波红外碲镉汞器件的能带结构进行了计算,结果表明器件结构参数的优化可以有效降低器件工作所需的开启电压,同时在吸收层内几乎不会形成耗尽区,从而有效抑制SRH产生-复合电流及隧穿电流。计算了器件结构参数优化后的长波红外碲镉汞nBn器件暗电流的变温特性,器件工作温度达到110 K以上。为高性能势垒结构长波红外碲镉汞器件的研制提供了理论依据。

高密度电容器件的制备及其可靠性

介绍了一种基于微机械加工技术(MicroElectronMechanical System,MEMS)的硅基高密度电容芯片的制备方法。该电容芯片采用了深孔刻蚀、介质淀积生长以及原位掺杂多晶硅等工艺技术,实现了高击穿电压(50V@1μA)、高电容密度(38.8~39.5nF/mm^(2))的电容芯片制备。

MOS器件Hf基高k栅介质的研究综述

随着金属氧化物半导体(MOS)器件尺寸的持续缩小,HfO2因其介电常数(k)高、带隙大等特点,成为取代传统SiO2栅介质最有希望的候选材料.本文综述了Hf基高k栅介质薄膜的近年的研究进展.针对HfO2结晶温度低、在HfO2薄膜和Si衬底间易形成界面层导致漏电流大、界面态密度高、击穿电压低等问题,回顾了最近论文报道的两种策略,即掺杂改性和插入缓冲层.接着举例讨论了Hf基材料从二元到掺杂氧化物/复合物的演变、非Si衬底上淀积Hf基高k栅介质、Hf基高k栅介质的非传统MOS器件结构,为集成电路(IC)中MOS器件的长期发展提供一些思路.

硅/硅低温直接键合的工艺调控及应用

为了满足微机电系统(MEMS)对高强度、低成本、灵活性好、通用性强硅/硅低温直接键合技术的迫切需求,开展基于氧等离子活化的硅/硅低温直接键合工艺调控方法及应用研究。通过正交实验分析了活化功率、活化时间、氧气流量对键合率和键合强度的影响,优化了氧等离子活化工艺,350℃氮气保护下退火2 h后,键合率为98.52%,平均抗剪切强度为20.2 MPa,键合界面连续无空洞,且形成了3.58 nm的非晶氧化层,表明实现了分子间的键合。最后,采用三层低温硅/硅键合工艺实现了微型振动能量收集器的限幅封装,成功将能量收集器的频带拓展到215 Hz~229 Hz。结果表明,该硅/硅键合工艺满足MEMS器件的加工及使用要求,其工艺调控方法具有较好的通用性。

一种双靶磁控溅射制备的Mg掺杂的NiO薄膜

采用磁控溅射“共溅射”方法,将Ar气作为溅射气体,高纯NiO和MgO双陶瓷靶作为溅射靶材。当控制NiO和MgO靶的溅射功率分别为190 W和580 W,溅射真空度为2 Pa,衬底温度为300℃时,得到了Mg掺杂的NiO(Ni_(0.61)Mg_(0.39)O)薄膜。该薄膜是一种具有(200)择优取向的晶态薄膜。薄膜表面比较平整,晶粒分布致密,晶粒尺寸约46.9 nm。(200)衍射峰位置相对未掺杂的NiO薄膜向小角度偏移约0.2°。合金薄膜在可见光波段具有较大的透过率,而在300 nm附近透过率陡然下降,其光学带隙向高能方向移动到了3.95 eV。该研究为采用磁控溅射制备高质量的Mg掺杂的NiO薄膜提供了技术支撑。

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。

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。

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。

高掺杂低位错p型GaN材料生长研究

对采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在SiC衬底上生长的p型GaN材料进行了研究。p型GaN材料通常采用Mg掺杂来实现,但Mg有效掺杂量的增加会导致材料的空穴浓度提高,表面粗糙度变大、位错密度增加。采用Delta掺杂方式,在Cp_(2)Mg通入量一定的情况下,通过对温度、压力以及Delta掺杂过程中TMGa通入时间的调控实现了对p型GaN材料掺杂浓度与表面粗糙度和位错密度之间的平衡优化。结果显示,生长温度1150℃、生长压力400 mbar(1 mbar=100 Pa)、TMGa通入时间40 s的样品均方根表面粗糙度为0.643 nm,(002)晶面半高宽(FWHM)为176.8 arcsec,空穴迁移率为11.8 cm^(2)/(V·s),空穴浓度为1.02×10^(18)cm^(-3),实现了电学性能与晶体质量的平衡。

碳化硅单晶加工对晶片表面质量的影响

碳化硅(4H-SiC)晶片加工是制备高品质衬底晶圆的关键工艺,衬底晶圆的表面质量直接影响外延薄膜以及后续器件的性能。本研究通过对4H-SiC晶片经线切割、磨削、研磨、抛光等不同加工工序后对应的表面形貌、粗糙度、机械性质和晶体质量的分析,发现晶片加工通过逐步去除线切割引入的表面损伤层,提高了晶片表面质量。4H-SiC晶片C面和Si面机械性质存在各向异性,C面材料韧性相对较差,加工过程中发生脆性断裂的程度更大,导致C面材料去除速率较快,表面形貌和粗糙度相对较差。

太赫兹GaN SBD外延材料的应力调控及低缺陷密度控制技术研究

采用金属有机物化学气相沉积(Metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)技术在101.6 mm(4英寸)半绝缘SiC衬底上开展太赫兹用GaN肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode,SBD)外延材料应力演进及缺陷密度控制的研究。提出了一种基于AlGaN过渡层的应力调控方案,实现了外延材料的应力调控;采用低温脉冲式掺杂技术生长n+-GaN层,降低了外延材料的缺陷密度,提升了晶体质量。研制的101.6 mm GaN SBD外延材料的弯曲度(Bow)/翘曲度(Warp)为-12/18μm,(002)/(102)面半高宽为148/239 arcsec,方阻9.2Ω/□,方阻片内不均匀性1.1%,并基于自研材料实现了截止频率为1.12 THz的GaN SBD器件的研制。

内部气氛含量分析环境下本底材料放气率研究

气密封装器件的内部气氛含量分析中,设备本底材料放气率是影响分析准确性的重要因素。采用静态升压法,对5种真空设备主要材料在3种典型温度和抽气时间下的放气率进行了深入研究。研究表明,相同条件下304不锈钢、430不锈钢和钛材料的放气率均低于碳素钢和高纯铝,且同种材料在高温环境下的放气率随测试时间增加而增大。最后,基于材料成型等因素,建议选用304不锈钢和430不锈钢作为内部气氛含量分析的腔体环境使用材料,并给出了有效降低本底放气率的措施。

f-Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZIF-8异质结构增强NO_(2)气体传感器的敏感性能

采用自组装法合成了具有异质界面的f-Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZIF-8复合材料,采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射、N_(2)等温吸脱附测试对合成样品的物相结构和微观结构进行了表征,并通过自行设计的四通道气敏测试设备对其气敏性能进行了研究。材料分析测试发现,形状规则的ZIF-8材料均匀分布于二维少层Ti_(3)C_(2)T_(x)的表面与层间,在界面处存在典型的异质结构。气敏性能测试表明:在225℃下,该复合材料对100μL/L NO_(2)的气敏响应高达98.35%,且是ZIF-8材料气敏响应的2.1倍。认为强导电的f-Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZIF-8复合后形成的异质结构,不仅为ZIF-8与气体表面反应产生的自由电子提供导电通道,而且通过界面效应强化了复合材料表面气固反应时电子与空穴的分离效率,进而显著提升了复合材料对NO_(2)气体的气敏性能。同时,f-Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZIF-8复合材料的层状结构可以为目标气体分子向ZIF-8的扩散提供方便路径。

具有多MO喷嘴垂直MOCVD反应腔外延层厚度均匀性的优化理论及应用

金属有机物化学气相淀积(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)作为异质结半导体材料外延的关键手段,其外延层厚度均匀性会直接影响产品的良率.本文将理论与实验相结合,针对3个MO源喷嘴的垂直反应腔MOCVD,将各MO源喷嘴等效为蒸发面源,并引入一等效高度来涵盖MOCVD的相关外延参数,建立外延层厚度与各MO源喷嘴流量间的定量关系,设计并利用EMCORE D125 MOCVD系统外延生长了AlGaAs谐振腔结构,根据实验测得的外延层厚度分布结果,利用最小二乘法对模型参数进行了拟合提取,基于提取的模型参数,给出了优化外延层厚度均匀性的方法.4 in(1 in=2.54 cm)外延片mapping反射谱的统计结果为,腔模的平均波长为651.89 nm,标准偏差为1.03 nm,厚度均匀性达到0.16%.同时外延生长了GaInP量子阱结构,4 in外延片mapping荧光光谱的统计结果为,峰值波长平均值为653.3 nm,标准偏差仅为0.46 nm,厚度均匀性达到0.07%.本文提出的调整外延层厚度均匀性的方法具有简单、有效、快捷的特点,且可以进一步推广至具有4个MO喷嘴以上的垂直反应腔MOCVD系统.

气相沉积技术制备氧化锰薄膜及其组分调控的研究进展

本文介绍了利用气相沉积技术,包括物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等技术制备氧化锰薄膜以及组分调控的研究现状,重点介绍了等离子体辅助化学气相沉积/原子层沉积氧化锰薄膜的研究进展,对所使用的锰前驱体做了总结,并展望了氧化锰薄膜的发展趋势。

均匀磁场下二维拓扑绝缘体边缘态的多重Andreev反射研究

研究均匀磁场下的二维拓扑绝缘体在超导隧道结中的电压偏置约瑟夫森结的输运性质,电流-电压特性显示了马约拉纳束缚态的存在。在亚谐隙结构中,也可以观察到磁场对超导能隙的影响。研究结果表明,在S波超导体/正常金属/S波超导结的隧道谱中存在亚谐隙结构。透明度只影响超导结的零偏压电导值的大小,而不影响亚谐隙结构的位置。但是在磁场作用下,亚谐隙结构会发生变化,不再固定出现在特定位置。这一结果对应于拓扑螺旋态中超导和铁磁序之间的相互作用。

氧化铝陶瓷金属化的界面性能

金属/陶瓷界面性能是陶瓷基板应用可靠性的重要影响因素。为了得到均匀致密且结合良好的金属/陶瓷界面,以丝网印刷方式制作了基材为Al_(2)O_(3)的钨金属化层,通过调整钨金属化浆料中无机氧化物Al_(2)O_(3)粉的质量分数,研究了无机氧化物内不同Al_(2)O_(3)质量分数对金属化层微观形貌、金属化层与陶瓷结合强度的影响,并探究了金属化层的烧结机理。结果显示:金属化层主要由金属骨架与玻璃相组成,其与陶瓷基体的结合强度与Al_(2)O_(3)质量分数呈现出强相关性。实验表明,无机氧化物中Al_(2)O_(3)质量分数为90%时拉力最大,为29.1N,相较于质量分数为20%时提升50%以上。在无机氧化物总占比相同的条件下,不同Al_(2)O_(3)质量分数对浆料印刷性能和方阻影响较小。研究结果为氧化铝陶瓷金属化的制作与应用提供了参考。

水热-烧结法制备Cr^(2+):ZnSe/ZnSe核壳结构纳米孪晶

Cr^(2+)掺杂ZnSe纳米晶是一种重要的中红外材料,核壳结构的ZnSe基半导体纳米晶表现出优异的光学、电学与催化性能。纳米晶的缺陷可以影响其性能,如具有孪晶结构的纳米晶拥有更高的强度和硬度。为了提高掺杂纳米晶的综合性能,本工作以可溶性Zn盐为Zn源,以新制NaHSe溶液为Se源,以Cr(AC)_(2)为掺杂源,通过两次水热过程制备了核壳结构Cr^(2+):ZnSe/ZnSe,在氩气保护或高真空下分别于400和800℃烧结获得了室温下化学性质稳定的纳米晶。结构和形貌表征结果显示,纳米晶尺寸主要集中在20~30 nm之间,壳体厚度约为2.6 nm,纳米晶具有层错缺陷,并由此发展成为孪晶。分析可知孪晶面为(111),相邻两晶面夹角为70.02°,误差在±0.5°以内。随着样品结晶度提高,孪晶密度增大,表明释放晶格畸变能为层错和孪晶的形成提供驱动力,孪晶的形核与长大符合位错诱导机制。XPS分析表明,Cr元素以+2价存在于纳米晶中;反射光谱测试结果分析发现,烧结的纳米晶在1775 nm附近存在吸收带,表明所制纳米孪晶具有潜在的中红外发光性能。