双沟槽SiC金属-氧化物-半导体型场效应管重离子单粒子效应

本文针对第四代双沟槽型碳化硅场效应晶体管升展了不同源漏偏置电压下208 MeV锗离子辐照实验,分析了器件产生单粒子效应的物理机制.实验结果表明,辐照过程中随着初始偏置电压的增大,器件漏极电流增长更明显;在偏置电压为400 V时,重离子注量达到9×10^(4)ion/cm^(2),器件发生单粒子烧毁,在偏置电压为500 V时,重离子注量达到3×10^(4)ion/cm^(2),器件发生单粒子烧毁,单粒子烧毁阈值电压在器件额定工作电压的34%(400 V)以下.对辐照后器件进行栅特性测试,辐照过程中偏置电压为100 V的器件泄漏电流无明显变化;200 V和300 V时,器件的栅极泄漏电流和漏极泄漏电流都增大.结合TCAD仿真模拟进一步分析器件单粒子效应微观机制,结果表明在低偏压下,泄漏电流增大是因为电场集中在栅氧化层的拐角处,导致了氧化层的损伤;在高偏压下,辐照过程中N-外延层和N+衬底交界处发生的电场强度增大,引起显著的碰撞电离,由碰撞电离产生的局域大电流密度导致晶格温度超过碳化硅的熔点,最终引起单粒子烧毁.

功率金属-氧化物半导体场效应晶体管静电放电栅源电容解析模型的建立

在实际静电放电测试时,发现各种功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的静电放电测试结果均呈现出正反向耐压不对称现象,而人体与器件接触时的静电放电过程是不区分正反向的.正反向耐压差异较大对于功率MOSFET或作为静电放电保护器件来说都是无法接受的,其造成器件失效的问题格外凸显.本文通过建立SGT-MOSFET,VUMOSFET和VDMOS在静电放电正反向电压下的栅源电容解析模型,对比分析了三种功率MOSFET器件静电放电正反向耐压不对称及其比值不同的原因,为器件的静电放电测试及可靠性分析提供了理论依据.

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管电学法热阻测试中测试电流的研究

本文针对垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管器件电学法热阻测试的关键参数——测试电流的影响因素进行研究,测试电流选择恰当与否是热阻测试的先决条件。通过理论分析和三款典型垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管器件的试验验证,得出一种通过测试电流自升温、测试延迟时间及校温曲线这3个方面有效确定垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管器件电学法热阻测试时测试电流的方法。

U型槽刻蚀工艺对GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管电学特性的影响

U型槽的干法刻蚀工艺是GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件关键的工艺步骤,干法刻蚀后GaN的侧壁状况直接影响GaN MOS结构中的界面态特性和器件的沟道电子输运.本文通过改变感应耦合等离子体干法刻蚀工艺中的射频功率和刻蚀掩模,研究了GaN垂直沟槽型MOSFET电学特性的工艺依赖性.研究结果表明,适当降低射频功率,在保证侧壁陡直的前提下可以改善沟道电子迁移率,从35.7 cm^2/(V·s)提高到48.1 cm^2/(V·s),并提高器件的工作电流.沟道处的界面态密度可以通过亚阈值摆幅提取,射频功率在50 W时界面态密度降低到1.90×10^12 cm^-2·eV^-1,比135 W条件下降低了一半.采用SiO2硬刻蚀掩模代替光刻胶掩模可以提高沟槽底部的刻蚀均匀性.较薄的SiO2掩模具有更小的侧壁面积,高能离子的反射作用更弱,过刻蚀现象明显改善,制备出的GaN垂直沟槽型MOSFET沟道场效应迁移率更高,界面态密度更低.

不同相NbS_(2)与GeS_(2)构成的二维金属-半导体异质结的电接触性质

金属-半导体异质结(MSJ)是研发新型器件的基础.本文考虑利用不同相的金属H-和T-NbS_(2)与半导体GeS_(2)组成不同的二维范德瓦耳斯MSJ,并对它们的结构稳定性、电子特性以及电接触性质进行深入研究,重点在探索MSJ电接触性质对不同相金属的依赖关系.计算的结合能、声子谱、AIMD模拟以及力学性质研究表明,两异质结高度稳定,可实验制备,且用于电子器件设计可行.本征态H-NbS_(2)/GeS_(2)和T-NbS_(2)/GeS_(2)异质结分别形成了p型肖特基接触和准n型欧姆接触.同时发现它们的肖特基势垒高度(SBH)和电接触类型可以通过外加电场和双轴应变来有效调控.例如,对于H-NbS_(2)/GeS_(2)异质结,无论施加正/负电场或平面双轴压缩,均能实现欧姆接触,而T-NbS_(2)/GeS_(2)异质结,仅在施加负电场时,才能实现欧姆接触,但需要的负电场很低,平面双轴拉伸能导致其实现准欧姆接触.也就是说,当以半导体GeS_(2)单层为场效应晶体管沟道材料,与不同相的金属NbS_(2)接触形成MSJ时,其界面肖特基势垒有明显区别,且在不同情形(本征或物理调控)中各有优势.所以,本研究对于理解H(T)-NbS_(2)/GeS_(2)异质结电接触的物理机制具有重要意义,特别是为如何选择合适金属电极以研发高性能电子器件提供了理论参考.

高分辨紫外电子轰击互补金属氧化物半导体器件的实验研究

基于真空紫外光电阴极和背照式互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器研制了紫外光响应的电子轰击CMOS(EBCMOS)器件,实现了EBCMOS器件在40 mlx光照度环境下的高分辨探测,电子图像灰度随电子能量的变化呈现出极好的线性关系.对器件成像分辨率测试的结果表明,在电场强度为5000 V/mm时,器件的空间分辨率可以达到25 lp/mm,与国际相关报道水平相当.研制的EBCMOS器件可直接在紫外弱光探测领域应用,如天文观察、高能物理、遥感测绘等,同时也可为下一步研制可见光和近红外敏感的EBCMOS器件提供参考.

基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

对基于4晶体管像素结构互补金属氧化物半导体图像传感器的电离总剂量效应进行了研究,着重分析了器件的满阱容量和暗电流随总剂量退化的物理机理.实验的总剂量为200 krad(Si),测试点分别为30 krad(Si),100 krad(Si),150 krad(Si)和200 krad(Si),剂量率为50 rad(Si)/s.实验结果发现随着辐照总剂量的增加,器件的满阱容量下降并且暗电流显著增加.其中辐照使得传输门沟道掺杂分布发生改变是满阱容量下降的主要原因,而暗电流退化则主要来自于浅槽隔离界面缺陷产生电流和传输门-光电二极管交叠区产生电流.实验还表明样品器件的转换增益在辐照前后未发生明显变化,并且与3晶体管像素结构不同,4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器没有显著的总剂量辐照偏置效应.

基于互补金属氧化物半导体的高精度地沟油检测计

利用地沟油与正常食用油的导电率不同导致单位体积电阻不同,提出一种基于互补金属氧化物半导体工艺(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)的线性检测模块。由于使用直接选择与短接到地的方法实现电阻串分压,使得分压线性度更高。在脉冲计数的作用下,电阻分压通过与参考电压相比较可以得到不同的高电平数,不仅可以区分地沟油与正常食用油,还可以得出正常油掺入地沟油的质量分数。在检测计核心电路设计方面,由于采用CMOS工艺设计,所以可以实现低面积和低功耗的检测。

太赫兹互补金属氧化物半导体场效应管探测器理论模型中扩散效应研究

针对基于经典动力学理论传统模型中忽略扩散效应的问题,通过对基于玻尔兹曼理论的场效应管传输线模型的理论分析,建立了包含扩散效应的太赫兹互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应管探测器理论模型,研究扩散效应对场效应管电导及响应度的影响.同时,将此模型与忽略了扩散效应的传统模型进行了对比仿真模拟,给出了两种模型下的电流响应度随温度及频率变化的差别.依据仿真结果,并结合3σ原则明确了场效应管传输线模型中扩散部分省略的依据和条件.研究结果表明:扩散部分引起的响应度差异大小主要由场效应管的工作温度及工作频率决定.其中工作频率起主要作用,温度变化对差异大小影响较为微弱;而对于工作频率而言,当场效应管工作频率小于1 THz时,模型中的扩散部分可以忽略不计;而当工作频率大于1 THz时,扩散部分不可省略,此时场效应管模型需同时包含漂移、散射及扩散三个物理过程.本文的研究结果为太赫兹CMOS场效应管理论模型的精确建立及模拟提供了理论支持.

用全耗尽绝缘硅互补型金属氧化物半导体集成技术实现一种激光测距电路

在对薄膜全耗尽绝缘硅互补型金属氧化物半导体 (SOICMOS)结构进行模拟和测试基础上 ,采用薄膜全耗尽绝缘硅 (SOI)结构 ,并在工艺中利用优质栅氧化、Ti硅化物、轻掺杂漏 (LDD)结构等关键技术实现了一种高速低功耗SOICMOS激光测距集成电路。测试结果表明 :1.2 μm器件 10 1级环振单门延迟为 2 5 2 ps ,总延迟为 5 4.2ns .电路静态功耗约为 3mW ,动态功耗为

层状锌铝双金属氧化物的制备及其吸附-光催化性能

采用前驱体煅烧法制备具有吸附-光催化双功能的层状锌铝双金属氧化物(LDOs)。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见漫反射光谱(UV⁃Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)等表征探究了双金属比例、煅烧温度对其吸附-光催化降解四环素(TC)性能的影响。结果表明,当Zn、Al物质的量之比为2∶1,煅烧温度为400℃时,可形成具有优异吸附-光催化活性的Zn_(2)Al_(1)@LDO_(400)。吸附实验表明,Zn_(2)Al_(1)@LDO_(400)对TC是化学吸附限制的非均相单分子层吸附,且高温利于吸附。利用自由基猝灭实验结合电子顺磁共振(EPR)测试证实光生空穴(h^(+))、羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O_(2)^(-))作为活性物种参与TC的协同降解。

测量计算金属-半导体接触电阻率的方法

如何测量、计算得到精确接触电阻值已凸显重要。介绍了多种测量计算金属-半导体欧姆接触电阻率的模型和方法,如矩形传输线模型、圆点传输线模型、多圆环传输线模型等,对各方法的利弊进行了讨论,并结合最新的研究进展进行了评述和归纳。综合多种因素考虑,认为圆点传输线模型是一种较好的测量金属半导体接触电阻率的方法。

金属-半导体接触势垒高度的理论计算

采用平均键能作为参考能级计算了十种金属 -半导体接触势垒高度 ,其计算结果与实验值的符合程度不亚于 Tersoff和 M o¨ nch所采用的电中性能级方法 ,计算结果表明平均键能方法和 Tersoff提出的电中性能级方法一样 ,可作为金属

用直线四探针头测量金属-半导体的接触电阻率

本文提出一种用直线四探针头测量金属-半导体欧姆接触接触电阻率的简捷方法.导出了适用于薄层半导体材料的接触电阻率表达式,经实验验证结果与线性传输线模型一致.

基于复合绝缘层SiN_x/PMMA的有机金属-绝缘层-半导体器件

为改善有机半导体器件的界面性能,在氮化硅层上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成复合绝缘层。首先,利用原子力显微镜研究了不同浓度的PMMA复合绝缘层的表面形貌及粗糙度。接着,蒸镀六联苯(p-6P)、酞菁铜和金电极,构成有机的金属-绝缘层-半导体(MIS)器件。最后,研究了MIS器件的回滞效应及电性能。实验结果表明,复合绝缘层的粗糙度为单绝缘层的1/5,大约1.4 nm。复合绝缘层上的p-6P薄膜随着PMMA浓度增加形成更大更有序的畴,但单绝缘层上薄膜呈无序颗粒状。复合绝缘层的有机MIS器件几乎没有回滞现象,但单绝缘层的器件最大回滞电压约为12.8 V,界面陷阱电荷密度约为1.16×1012 cm-2。复合绝缘层有机薄膜晶体管的迁移率为1.22×10-2 cm2/(V·s),比单绝缘层提高了60%,饱和电流提高了345%。基于复合绝缘层的MIS器件具有更好的界面性能和电性能,可应用到有机显示领域。

4H-SiC金属-半导体场效应晶体管大信号I-V特性和小信号参数的计算

基于碳化硅金属-半导体场效应晶体管内部载流子输运的物理特性分析,建立适于精确计算4H-SiCMESFET器件大信号电流-电压特性和小信号参数的解析模型.该模型采用场致迁移率、速度饱和近似,并考虑碳化硅中杂质不完全离化效应及漏源串联电阻的影响,栅偏置为0 V时,获得最大跨导约为48 mS.mm-1.计算结果与实验数据有很好的一致性.该模型具有物理概念清晰且计算较为准确的优点,适于SiC器件以及电路研究使用.

金属-半导体超晶格中的金属费米能级和半导体平均键能

为了进一步了解在金属-半导体接触势垒高度计算中采用半导体平均键能Em作为参考能级的合理性,本文在金属-半导体超晶格的LMTO-ASA能带计算中,引用“冻结势”方法,计算了(Ge2)4(2Al)6(001),(Ge2)4(2Au)6(001),(Ge2)4(2Ag)6(001),(GaAs)4(2Al)6(001),(GaAs)4(2Au)6(001)和(GaAs)4(2Ag)6(001)等超晶格金属-半导体界面两侧的金属费米能级EF(M)和半导体平均键能Em(S).研究发现,在超晶格的金属-半导体界面两侧,金属的费米能级EF(M)与半导体的平均键能Em(S)几乎处于同一能量水平线上,Em(S)≈EF(M),也就是EF(M)与Em(S)在界面两侧相互“对齐”.因此,在理想金属-半导体接触的势垒高度理论计算中,采用半导体平均键能Em作为参考能级,可以获得比较可靠的计算结果.

金属-绝缘介质-有限半导体超晶格结构中的表面等离子激发的色散关系

将M-I-SL模型推广为M-I-FSL模型,使其更符合实际。应用电磁理论推导出由第Ⅰ类和第Ⅱ类半导体超晶格构成的这种M-I-FSL结构的表面电子集体激发的色散关系。由此色散关系出发在一些极限条件下可以方便地重现一些文献的一系列结果。

电子显微镜在金属-半导体纳米线界面原位合金化中的应用

利用原位电子显微方法研究了金属-ZnSe半导体纳米线界面合金化过程,结果表明:在脉冲电流的作用下,ZnSe纳米线可以产生明显的焦耳热效应,导致金属-ZnSe纳米线界面发生合金化反应。通过调整纳米线与金属电极的接触面积,可将焦耳热效应准确控制在界面内,进而实现纳米尺度的合金化反应。