基于有效态密度的MOS结构电荷控制模型

从载流子在 MOS结构反型层内的分布出发 ,利用表面有效态密度 ( SLEDOS:SurfaceLayer Effective Density- of- States)的概念 ,在经典理论框架内建立了包含载流子分布对表面势影响的电荷控制模型 .该模型包含了强反型区表面电势的变化对载流子浓度的影响 ,采用了一种新的高效的迭代方法 。

基于电荷控制模型的通用忆阻器仿真器

针对忆阻器尚未商业化的现状,为了给忆阻器的相关研究提供一种可替代的仿真器,在HP模型的基础上推导出一种简单通用的电荷控制模型,设计并实现了一款基于模拟器件的荷控仿真器。利用软件PSPICE对仿真器的伏安特性进行了仿真分析和优化,同时采用印刷线路板技术加工制作了仿真器实物电路。仿真和测试结果表明,在正弦信号激励下忆阻器仿真器展现出典型的非线性磁滞回线特性,且该荷控忆阻器仿真电路结构简单,易于加工,在实际电路的应用方面具有一定的参考价值。

双异质结双平面掺杂HEMT器件的电荷控制模型

利用泊松方程以及异质结能带理论 ,通过费米能级 -二维电子气浓度的线性近似 ,推导了基于双异质结双平面掺杂的 HEMT器件的电荷控制模型 .计算分析了沟道顶部和底部平面掺杂浓度 ,栅金属与顶部平面掺杂层距离等材料结构尺寸和阈值电压、二维电子气浓度的关系 .该模型为优化和预测双平面掺杂

增强型GaN绝缘栅HEMT线性电荷控制解析模型

基于MIS理论和含极化的泊松方程,应用费米能级与二维电子气密度线性近似,并考虑计入了绝缘体/AlGaN界面的陷阱或离子电荷,导出建立了适用于增强型且兼容耗尽型AlGaN/GaN绝缘栅HEMT的线性电荷控制解析模型。研究表明,Insulator/AlGaN界面陷阱密度在1013cm-2数量级;基于该模型的器件转移特性的理论结果与器件的实测转移特性数据比较符合。该模型可望用于器件性能评估和设计优化。

脉冲控制忆阻模拟存储器

推导了忆阻器的电荷控制和磁通量控制数学模型,在该基础上研究了其电导状态连续可变的性质和记忆功能。提出了用脉冲控制忆阻器实现模拟信息存储的方案,通过理论分析、实验仿真验证了方案的有效性。结合交叉阵列结构,该方案有望实现大规模模拟存储阵列,推进人工神经网络和模拟式计算机的发展。

GaN异质结场效应管中栅、漏电压对电子气的控制

从自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程出发,编制出计算GaN HFET内不同栅、漏电压下沟道能带、电子气密度及量子电容的软件,研究场效应管的电荷控制和DIBL。在异质结沟道阱研究中,改变栅电压算出的电子气密度及量子电容同C-V实验测试结果相吻合,证明求解薛定谔方程是研究异质结场效应管电荷控制的有效方法。考虑外沟道渗透到内沟道的电场梯度以后,算出了场效应管的电子气密度及量子电容。场效应管模拟算得的量子电容同实验测得的栅-源和栅-漏电容相吻合。研究了不同栅、漏电压和电场梯度渗透下的内沟道能带,发现漏电压引起的电场梯度渗透使内沟道能带下弯,导致阈值电压负移。证明阈值电压负移由外沟道渗透到内沟道的电场梯度产生,用自洽能带计算方法可算得漏电压引起的阈值电压负移。提出使用能带剪裁优化设计异质结构来抑制DIBL的新理念。同有限元变分软件的类MESFET模拟相比,新能带计算软件可以求得电荷控制中的量子行为。由此提出编制异质结场效应管模拟软件的设想。

GaN异质结场效应管中栅、漏电压对电子气的控制(续)

从自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程出发,编制出计算GaN HFET内不同栅、漏电压下沟道能带、电子气密度及量子电容的软件,研究场效应管的电荷控制和DIBL。在异质结沟道阱研究中,改变栅电压算出的电子气密度及量子电容同C-V实验测试结果相吻合,证明求解薛定谔方程是研究异质结场效应管电荷控制的有效方法。考虑外沟道渗透到内沟道的电场梯度以后,算出了场效应管的电子气密度及量子电容。场效应管模拟算得的量子电容同实验测得的栅-源和栅-漏电容相吻合。研究了不同栅、漏电压和电场梯度渗透下的内沟道能带,发现漏电压引起的电场梯度渗透使内沟道能带下弯,导致阈值电压负移。证明阈值电压负移由外沟道渗透到内沟道的电场梯度产生,用自洽能带计算方法可算得漏电压引起的阈值电压负移。提出使用能带剪裁优化设计异质结构来抑制DIBL的新理念。同有限元变分软件的类MESFET模拟相比,新能带计算软件可以求得电荷控制中的量子行为。由此提出编制异质结场效应管模拟软件的设想。

GaN HFET的沟道夹断特性和强电场下的电流崩塌

从自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程出发,研究了纵、横向电场作用下GaNHFET沟道中的电子态和夹断特性。建立了不同异质结构和电场梯度下的电荷控制模型;运用热电子隧穿电流崩塌模型解释了强场电流崩塌的实验结果;强调了沟道夹断特性对电流崩塌的影响;研究了背势垒异质结构、场板电极和挖槽等抑制电流崩塌的方案,提出利用挖槽独立设计内、外沟道异质结构抑制强场电流崩塌的新思路。

栅下双异质结增强型AlGaN/GaN HEMT

为获得更高的阈值电压,提出了一种新型栅下双异质结增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。使用双异质结电荷控制模型分析了基本机理,推导了阈值电压表达式。仿真结果表明,器件阈值电压与调制层Al组分呈线性关系。当调制层Al组分小于势垒层时,阈值电压增大,反之减小。调制层厚度可加大这种调制作用。当调制层Al组分为0%、厚度为112 nm时,器件具有2.13 V的阈值电压和1.66 mΩ·cm;的比导通电阻。相对于常规凹槽栅结构,新结构的阈值电压提高了173%。

晶闸管大注入情况下关断时间公式的研究

通过对大注入状态下晶闸管关断过程的分析，提出了该状态下的关断模型，并在此基础上进行了关断时间公式的推导。实验证明该公式较以前的公式更符合实际情况，同时说明了产生误差的原因。

非线性忆阻器的串并联研究及在图像处理中的应用

忆阻器是一种新型的非线性动态可变电阻器,其阻值变化依赖于通过它的电荷量或磁通量.作为第四种基本电路元器件,忆阻器具有不同于电阻、电容和电感的独特性能,在非易失性存储器、神经形态系统、非线性电路等众多领域中有巨大的应用潜能.基于惠普忆阻器模型,推导了一种带有窗函数的闭合形式的电荷控制忆阻器数学模型,该模型能够模拟忆阻器边缘附近的非线性离子迁移现象,同时能够保证忆阻器的边界条件,使忆阻器工作在正常的工况内,是一种更接近实际器件的忆阻器模型.进一步分情况对忆阻器的串并联电路进行理论推导.最后,基于忆阻器串并联电路的性质,将忆阻器与数字图像处理相结合,利用忆阻器实现图像处理所需的非线性映射函数.大量的计算机仿真验证了提出的方案在图像取反、对比度伸缩及图像灰度调整应用中的有效性.该方案的提出有望进一步推动数字图像处理的发展,促进数字图像处理硬件的实现.

光照下高电子迁移率晶体管特性分析

以光照下耗尽型AlGaAs/GaAs高电子迁移率晶体管为例 ,考虑了光生载流子对半导体内电荷密度的影响和光压效应 ,采用器件的电荷控制模型 ,分析了光照对器件夹断电压、二维电子气浓度、I V特性以及跨导的影响 .与无光照的情况相比较 ,夹断电压变小 ,二维电子气浓度增大 ,从而提高了器件的电流增益 ,增大了跨导 .