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.

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.

电子在自旋-轨道耦合调制下磁受限半导体纳米结构中的传输时间及其自旋极化

通过考虑构筑在半导体GaAs/Al_(x)Ga_(1–x)As异质结上的磁受限半导体纳米结构中的塞曼效应和自旋-轨道耦合,本文采用理论分析和数值计算相结合的方法研究了电子的传输时间与自旋极化.利用矩阵对角化和改进的转移矩阵方法,数值求解电子的薛定谔方程;采用H.G.Winful理论求电子的居留时间,并计算自旋极化率.由于塞曼效应与自旋-轨道耦合,电子的居留时间明显地与其自旋有关,因此可在时间维度上分离自旋、实现半导体中电子的自旋极化.因为半导体GaAs的有效g-因子很小,电子自旋极化主要源于自旋-轨道耦合,大约为塞曼效应引起的自旋极化的4倍.由于电子的有效势与自旋-轨道耦合的强度有关,电子的居留时间及其自旋极化可通过界面限制电场或应力工程进行有效调控.这些有趣的结果不仅对半导体自旋注入具有参考价值,而且还可为半导体自旋电子学器件应用提供时间电子自旋分裂器.

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.

基于HfO_(2)插层的Ga_(2)O_(3)基金属-绝缘体-半导体结构日盲紫外光电探测器

作为一种新兴的超宽带隙半导体, Ga_(2)O_(3)在开发高性能的日盲紫外光电探测器方面具有独特的优势.金属-半导体-金属结构因其制备方法简单、集光面积大等优点在Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器中得到了广泛的应用.本文在传统的金属-半导体-金属结构Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器的基础上,利用原子层沉积技术引入高介电性和绝缘性的氧化铪(HfO_(2))作为绝缘层和钝化层,制备出带有HfO_(2)插层的金属-绝缘体-半导体结构的Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器,显著降低了暗电流,提升了光暗电流比,同时提高了器件的比探测率和响应速度,为未来Ga_(2)O_(3)在高性能弱光探测器件制备提供了一种新通用策略.

金属-铁电薄膜-半导体结构的电容-电压特性理论分析

用半导体理论讨论了金属铁电薄膜半导体（ＭＦＳ）结构的电容电压（ＣＶ）特性，其结果表明：在ｎ型Ｓｉ基片上，理想ＭＦＳ结构的ＣＶ曲线为逆时针回滞，有载流子注入的ＭＦＳ结构的ＣＶ曲线为顺时针回滞，这与实验结果是一致的．

基于5-氨基烟酸的锰金属有机框架的合成、结构及荧光传感性质

室温下,通过溶液法将5-氨基烟酸(5-Hana)与MnCl_(2)反应,成功合成了一例新的三维Mn(II)金属有机框架[Mn_(2)(5-ana)_(4)(H_(2)O)]n(命名为Mn-MOF)。通过X射线单晶衍射、X射线粉末衍射、元素分析、红外光谱、热重分析、紫外-可见光谱和荧光光谱法对配合物的结构和性质进行表征。结构分析表明,配合物属单斜晶系,具有双节点(2,8)-c配位网络结构,其中[Mn_(2)(CO_(2))_(2)(H_(2)O)]二聚单元作为8-连接节点,5-ana-配体作为2-连接节点。分子范德瓦耳斯表面静电势(ESP)分析表明,5-ana-配体的第一反应位点在羧基氧原子附近,ESP最小值为-143.37 kcal·mol^(-1),第二和第三反应位点分别位于吡啶环和氨基氮原子附近。Mn-MOF常温下具有良好的热稳定性。荧光光谱测试显示配合物在256 nm光激发下的最大发射波长为402 nm。更重要的是,Mn-MOF可以通过荧光猝灭实现对Fe^(3+)的选择性识别,且猝灭效率达到98.71%,可作为潜在的荧光探针分析水溶液中的Fe^(3+)。

基于2,5-二溴对苯二羧酸配体的镧系金属有机骨架的合成、结构及性质

采用溶剂热法,以2,5-二溴对苯二甲酸(H_(2)L)为配体,分别与六水合硝酸钕、六水合硝酸钆反应合成了_(2)种镧系金属有机骨架(MOFs):{[Nd_(2)(L)_(3)(DMF)_(2)(H_(2)O)_(2)]·_(2)DMF}n(1)和{[Gd_(2)(L)_(3)(DMF)_(2)(H_(2)O)_(2)]·2DMF}n(_(2))。通过单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、红外光谱、元素分析、荧光光谱、热重分析等测试方法对其进行了结构表征与性质研究。结果表明,2个配合物均是以稀土离子为金属节点,与配体相互连接,形成无限延伸的三维网状结构。

一例钙金属-有机骨架的合成及其结构与性质分析

通过溶剂热合成法,获得一例钙金属-有机骨架[Ca_(2)(CH_(3)COO)_(3)(HCOO)],其中,甲酸配体由溶剂N,N-二甲基甲酰胺原位分解生成。利用X-射线单晶衍射、傅里叶变换红外光谱、热重分析和荧光分光光度法,对[Ca_(2)(CH_(3)COO)_(3)(HCOO)]晶体结构和性质进行分析与表征。结果表明:该化合物属于三斜晶系,p1空间群,晶胞参数为a=0.67186(6)nm,b=0.97579(7)nm,c=0.98460(9)nm,V=0.56305(9)nm^(3),Z=1;Ca(Ⅱ)离子(8配位)之间通过共用乙酸上的羧基氧形成一维链,链的两侧由羧基氧与Ca(Ⅱ)离子(7配位)配位形成三明治的夹层,每个夹层不断重复与乙酸配体配位形成二维层,层与层之间通过甲酸配体的两个羧基氧分别与层中两种配位模式的Ca(Ⅱ)离子连接形成三维有机骨架;该化合物具有良好的稳定性,在紫外光下可观察到绿光。

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。

基于二维材料的快速响应金属-半导体-金属结构光电探测器研究进展

快速响应光电探测器在光通信、高速摄影、生物医学成像等领域有广泛的需求。目前,市场上应用的快速响应光电探测器大多基于硅、砷化镓等传统的无机半导体材料,但是其制作工艺复杂、成本较高,并且机械灵活性差。以石墨烯、二硫化钼为代表的二维材料具有独特的层状结构以及良好的光学、电学、热学和机械特性,是制备光电探测器的理想材料。尤其是部分二维材料所拥有的超高载流子迁移率特性,十分适用于研制快速响应光电探测器。近年来,一系列基于二维材料的金属-半导体-金属结构光电探测器(Metal-semiconductor-metal photodetectors,MSM-PDs)被陆续报道,很多具有1μs以下的快速响应特性。本文以基于二维材料的快速响应MSM-PDs为主题进行综述。首先介绍了MSM-PDs中的基本结构及工作原理,深入剖析了决定其响应速度的主要因素。随后介绍了石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷、二维钙钛矿、三元硒氧铋等二维材料的分子结构、光学、电学等特性,并对各类二维材料在MSM-PDs的应用进行对比。然后分类介绍了响应速度在1μs以下的欧姆接触型、肖特基接触型以及基于表面等离激元效应二维材料MSM-PDs的研究进展。最后总结全文,并对二维材料在快速响应光电探测器中的应用前景及发展趋势进行了展望。

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

II-VI族化合物半导体量子结构材料和器件的研究与发展

简要介绍了量子结构材料与器件中的基本概念,重点介绍了量子结构的定义和量子尺寸效应的能带裁剪工程。以II-VI族化合物半导体为例,介绍了量子尺寸效应对于激子束缚能的影响。以此为基础,综述了II-VI族化合物半导体量子阱、量子点等量子结构材料以及量子结构器件在光电探测、发光器件与太阳能电池领域的研究现状,并总结了II-VI族化合物半导体量子结构材料与器件的发展趋势。

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.

宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体及其低维结构的生长和光学性质研究进展

本文系自1979年以来,宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体研究组取得的主要研究成果的简要介绍。取得的主要研究成果可分为如下六个方面:第一,系统地研究了宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体在电场激发下的自由激子发射;第二,创造性地提出并实现了利用宽带Ⅱ-Ⅵ族超晶格的室温激子效应来实现在蓝绿区快响应的光学双稳的物理思想;第三,深入研究了宽带Ⅱ-Ⅵ族超晶格中的激子行为以及激子与元激发态的相互作用,为利用激子获得有效蓝色自发和受激发射提供物理基础和实验途径;第四,研究了ZnSe基非对称双量子阱和组合超晶格中激子的隧穿以及激子的自发和受激发射;第五,CdSe和ZnSeS自组装量子点的生长及其形成机理;第六,ZnO薄膜的生长及其紫外发射特性。

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.

过程工程所等金属-半导体复合物核壳纳米结构研究获进展

金属-半导体复合物的“等离子体协同效应”，使其在光催化，光电器件以及激光等领域都具有广泛的应用前景。因此，如何精确地控制合成金属一半导体复合物纳米结构，已然成了研究热点。

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.