超宽禁带半导体Ga2O3微电子学研究进展

半导体材料Ga2O3是继宽禁带半导体材料SiC/GaN之后新兴的直接带隙超宽禁带氧化物半导体,其禁带宽度为4.5~4.9eV,击穿电场强度高达8MV/cm(是SiC及GaN的2倍以上),物理化学稳定性高,在发展下一代电力电子学和固态微波功率电子学领域具有较大的潜力。自2012年第一只Ga2O3场效应晶体管诞生以来,Ga2O3微电子学的研究呈现快速发展态势。本文综述了β-Ga2O3单晶材料和外延生长技术以及β-Ga2O3二极管和β-Ga2O3场效应管等方面的研究进展,介绍了β-Ga2O3材料和器件的新工艺、新器件结构以及性能测试结果,分析了相关技术难点和创新思路,展望了Ga2O3微电子学未来的发展趋势。

新一代功率半导体β-Ga2O3器件进展与展望

Ga2O3是一种新兴的超宽禁带半导体材料,具有超宽带隙4.8 eV、超高理论击穿电场8 MV/cm以及超高的Baliga品质因数等优良特性,作为下一代高功率器件材料其越来越受到人们的关注。首先,回顾了宽禁带半导体材料β-Ga2O3的基本性质,包括β-Ga2O3的晶体结构和电学性质,简述了基于β-Ga2O3制造的功率器件,主要包括肖特基势垒二极管(SBD)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)。总结回顾了β-Ga2O3SBD和MOSFET近年来的研究进展,比较了不同结构器件的特性,并分析了目前β-Ga2O3功率器件存在的问题。分析表明,β-Ga2O3用于高功率和高压电子器件具有巨大潜力。

热压法制备Bi_2Te_3基热电材料的组织与性能

采用真空单轴热压(HUP)方法制备了Bi_2Te_3基热电材料。结果表明,HUP试样的密度在原始区熔材料的97％以上。所有HUP试样的剪切强度都在21MPa以上,与区熔Bi_2Te_3基材料(001)解理面的强度相比,提高4倍左右。电学性能测试发现,HUP试样的电学性能低于区熔试样,其原因被认为主要是由于在材料粉碎和热压过程中,有效载流子浓度发生了变化。实验发现,相对于区熔试样,p型HUP试样的最佳工作温度向低温方向偏移,而n型HUP试样的最佳工作温度向高温方向移动。

CeO_2和Co_3O_4助剂对镍基催化剂上CH_4积碳和CO_2消碳性能的影响

采用脉冲微反技术研究了添加CeO2 和Co3 O4助剂对镍基催化剂上CH4积碳和CO2 消碳性能的影响 ,并用BET ,TGA ,XPS及CO2 TPSR等技术对催化剂进行了表征 .结果表明 ,添加CeO2 可以提高活性原子Ni0 中d电子的密度 ;Ni0 原子中d电子密度的增加在一定程度上抑制了CH4分子中C H键σ电子向d轨道的迁移 ,降低了CH4裂解积碳性能 ;同时加强了Ni0原子d轨道向CO2 空反键π轨道的电子迁移 ,促进了CO2 分子的活化 ,提高了CO2 的消碳活性 .助剂Co3 O4的添加则促进CH4的裂解积碳 ,抑制了CO2 的消碳 .分析表明 ,活性金属与半导体助剂之间存在的金属 半导体相互作用是影响这种机制的主要因素 .

共掺杂Cu,Te后禁带宽度变窄对In_2Se_3基半导体热电性能的影响

α-In2Se3是一类A2ⅢB3Ⅳ型宽带隙半导体材料。但在α-In2Se3化合物中共掺杂适量的Cu,Te后发现禁带宽度(Eg)变窄,Eg值由本征态时的1.32eV减小到1.14eV。掺杂后电学性能得到了大幅度的改善。最大功率因子由0.7610-4增大到2.810-4W·m-1·K-2;最大热电优值(ZT)从本征态时的0.25提高到0.63。高分辨电镜(HRTEM)观察结果表明,在未掺杂时,α-In2Se3呈现非晶状组织,共掺杂Cu,Te后,微结构则转变成明显的多晶组织。在温度高于500K时,掺杂后晶格热导率的适量提高与该微结构转变有直接联系。

大尺寸赝三元半导体致冷材料的制备与性能

采用垂直区熔法制备了优值较高、利用率较大的直径为 2 7mm的大尺寸P和N型Bi2 Te3 Sb2 Te3 Sb2 Se3 赝三元取向晶锭。并测试了其温差电性质 。

二维层状In2Se3铁电材料的光敏传感性能研究

α-In2Se3是一种同时具有稳定面内和面外极化的窄禁带二维铁电材料,探究其铁电极化与光电导性能关联对促进其光敏传感器的应用具有重要意义.该文采用微机械剥离法获得了平面尺寸在50μm以上的α-In2Se3纳米片,利用原子力显微镜研究了其自发极化特性.制备了Pt/α-In2Se3/Pt光敏器件单元,研究了明暗条件下Pt/α-In2Se3/Pt器件单元I-V特性以及高压极化对光敏性能的影响.结果表明:二维层状α-In2Se3具有较好的光敏性能,且高压极化将大幅优化器件的光敏特性.高压极化使器件的响应时间明显缩短,1V电压明暗条件开关比提高至10^3以上.可见,铁电极化对于α-In2Se3纳米片的光电导效应具有重要影响,高压极化操作能够有效地提高其光敏性能.

新型层状Bi2Se3的第一性原理研究

近年来,在石墨烯研究热潮的推动下,众多种类丰富、性能各异的二维化合物材料相继被发现,其中一些二维材料具有多种同素异构体,进而呈现出更丰富的性质.层状Bi2Se3由于其独特的物理性质,受到人们广泛的关注,而它的同素异构体尚未有人研究.本文采用基于密度泛函理论的结构搜索方法,预测了一个稳定的b-Bi2Se3新相,它具有良好的动力学和热力学稳定性,并在低Bi2Se3源化学势条件下容易形成.单层b-Bi2Se3是一个直接带隙为2.44 eV的二维半导体,其电子载流子有效质量低至0.52m0,在可见光范围内具有高达10^5 cm^–1的光吸收系数,并且能带边缘位置适中,可用于光催化水分解制氢气.此外,由于b-Bi2Se3在垂直层面方向的镜面对称性破缺,能够产生面外极化强度,具有0.58 pm/V的面外压电系数.鉴于其新颖的电子特性,二维b-Bi2Se3在未来的电子器件中可能发挥重要的作用.

热蒸发法制备Sb_2Se_3薄膜及后退火温度对其性能的影响

采用真空热蒸发法结合退火工艺制备得到质量较好的多晶Sb_2Se_3薄膜,薄膜致密、结晶性良好,且表现出一定的择优生长现象,其禁带宽度大致在1.4 eV左右。探索了不同退火温度对Sb_2Se_3薄膜物相结构、形貌与光电性能的影响,在此基础上制备了FTO/CdS/Sb_2Se_3/AL结构的电池,效率为0.047%.

Ga2O3功率器件研究现状和发展趋势

氧化镓（Ga2O3）超宽禁带半导体材料在高频大功率器件领域具有巨大的应用潜力和前景,近几年已成为国内外研发的热点。概述了Ga2O3半导体材料在功率器件应用领域的特性优势和不足,重点介绍了日本、美国和国内的Ga2O3功率半导体器件的研发现状。详细介绍了目前Ga2O3肖特基势垒二极管（SBD）、Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）以及新型Ga2O3功率器件的最新研究成果。归纳出提高Ga2O3单晶和外延材料质量、优化Ga2O3功率器件结构和制造工艺是Ga2O3功率器件未来的主要发展趋势,高功率、高效率、高可靠性和低成本是Ga2O3功率器件未来的主要发展目标。最后总结了我国与美国、日本在Ga2O3功率半导体领域的技术发展差距,以及对未来我国在Ga2O3功率半导体技术方面的发展提出了建议。

共晶二元Sn基焊料与Bi_2(Te_(0.9)Se_(0.1))_3基热电材料的界面反应

热电元件焊接常用的焊料为铟基焊料和铋基焊料。由于碲化铋材料与低熔点合金焊料之间的浸润性较差,常在碲化铋基热电元件上镀覆镍镀层。本文在大气条件下,不加助焊剂,采用共晶SnBi和SnIn焊料分别对n型热电元件进行了铺展实验及界面显微组织的观察。铺展温度主要选择了210℃和300℃,实验表明300℃界面结合比250℃更好。此外,热电元件表面通过蒸镀仪蒸镀上薄镍层。对含薄镍层的热电元件与不含镍层的热电元件的铺展实验进行对比,得到薄镍镀层可能会增加界面裂纹。

静电纺丝法制备CaIn2O4-In2O3纳米带及其光催化性能

利用静电纺丝技术原位制备了准一维结构CaIn2O4-In2O3纳米带.采用XRD、SEM、TEM、EDS、UV-vis DRS、N2吸附-脱附曲线等对合成的光催化剂进行表征,并以对苯二甲酸(TA)为分子探针物质,结合荧光技术探讨了光催化反应过程中·OH自由基的变化.以亚甲基蓝(MB)为降解目标物,考察了CaIn2O4-In2O3纳米带的光催化活性,并研究了溶液pH及MB初始浓度对其光催化活性的影响.研究结果表明,宽度约为(663±75)nm的CaIn2O4-In2O3纳米带由直径约为80 nm的纳米颗粒组成,且纳米颗粒之间有一定的孔隙.模拟太阳光辐照120 min,MB的降解率为76%,且降解过程服从一级动力学模型.CaIn2O4-In2O3纳米带在酸性环境中显正电性,且光催化反应体系中·OH自由基的生成量随反应时间线性增加.CaIn2O4与In2O3的耦合使得合成的光催化剂在模拟太阳光下具有良好的光催化活性.