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。

钟控神经元MOS晶体管的改进HSPICE宏模型

为了解决传统钟控神经元MOSSPICE模型无法进行连续若干个周期瞬态分析的问题,提出了一种改进的钟控神经元MOSSPICE子电路宏模型,采用HSPICE对器件进行了建模,并对模型进行了验证。验证结果表明,改进的模型既适用于普通神经元MOS,可以进行直流特性扫描分析,也可以进行瞬态特性分析;由于模型具有自动"记忆"预充电阶段输入端电平的功能,因此即使在不同的周期输入端所接固定电平不同,也可以进行连续任意个周期的瞬态特性仿真,从而使改进的模型具有更大的灵活性和实用性。

硅基双势垒金属-绝缘层-金属-绝缘层-半导体隧道发光结

讨论了硅基双势垒金属绝缘层金属绝缘层半导体 (MIMIS)隧道发光结的结构、制备方法及发光特性。所制备的样品最大发光亮度达到 1.9cd/m2 、光谱的峰值波长移到了蓝绿光区 ,表明双势垒MIMIS隧道发光结的性能优于单势垒金属绝缘层半导体 (MIS)隧道发光结。

低亚阈值摆幅铝掺杂二氧化铪铁电材料金属-铁电层-绝缘层-半导体场效晶体管研究

首次制备了完全CMOS工艺兼容的铝掺杂二氧化铪铁电材料金属-铁电层-绝缘层-半导体场效晶体管,并对其电学特性,如I-V,C-V等进行测量与分析,最终实现亚阈值摆幅为27 mV/decade的金氧半场效晶体管.栅极漏电流机制亦被探讨,并推断出Poole-Frenkel效应是产生铝掺杂二氧化铪铁电材料晶体管漏电流的主要原因.

溶胶-凝胶法制备Bi_2O_3-ZnO-Nb_2O_5薄膜及GaN MIS结构C-V特性

采用溶胶-凝胶法制备出高介电常数的Bi2O3-ZnO-Nb2O5(BZN)薄膜.总结出适合作为GaN金属-绝缘层-半导体场效应晶体管(MISFET)栅介质的BZN薄膜的原料配比、烧结温度和保温时间等工艺参数,解决了原料溶解、粘稠度、浸润度等工艺问题.同时,结合半导体工艺制造出以BZN薄膜为绝缘介质的GaNMIS结构,通过测量到的高频C-V特性曲线,得到薄膜的相对介电常数为91,MIS结构的强反型电压为-3.4V,平带电压为-1.9V.

钟控神经MOS晶体管的建模及其电路仿真

神经 MOS晶体管 (简称 Neu MOS)是最近才发明出来的一种高功能度的多输入多阈值的新型 MOS器件。在其十年的发展历程中 ,一些新型结构又被陆续提出 ,以期获得更加优越的性能。文中建立了一种新型Neu MOS即钟控 Neu MOS晶体管的 PSPICE子电路模型 (库 ) ;并利用该模型对由钟控 Neu MOS晶体管构建的电路进行了实时模拟 ,模拟结果与电路特性的实测结果有很好的吻合 ,因此可证明建立的子电路模型 (库 )可用于钟控 Neu MOS晶体管电路的设计和模拟验证。

栅极面积和ESD结构对AlGaN/GaN MIS-HEMTs中LPCVD-SiNx栅介质TDDB特性的影响

基于CMOS兼容性GaN工艺,研制出具有低压化学气相沉积SiNx栅介质的硅基AlGaN/GaN异质结金属-绝缘层-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs)器件。通过威布尔统计分析,研究了栅介质面积和静电释放(ESD)结构对SiNx的经时击穿(TDDB)特性的影响。结果表明,较小的栅介质面积有利于更长的器件寿命,而ESD保护结构有利于提升器件栅介质在高电压应力下的可靠性和稳定性,主要原因为SBD的寄生电容可有效吸收电脉冲感应在介质薄膜中产生的电荷。最后,通过线性E模型预测具有35 nm厚LPCVD-SiNx栅介质的AlGaN/GaN MIS-HEMTs在栅极电压为13 V条件下的击穿寿命可达20年(0.01%,T=25℃)。

溶胶-凝胶法制备的Pt/Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)/SrTiO_3/Si电容结构及其性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Pt/Bi3.15Nd0.85Ti3O12/SrTiO3/Si多层电容即金属-铁电层-绝缘层-半导体结构,并对其电学性能进行了测试与分析。获得的存储窗口电压约为2.5V,漏电流密度低于10-8 A·cm-2,保持时间达7.5h以上。制备的SrTiO3薄膜表现出较高的介电性和较好的绝缘性。

栅长对SOI NMOS器件ESD特性的影响

采用TLP测试的方式,研究了不同栅长对栅接地SOI NMOS器件ESD(Electrostatic discharge,静电放电)特性的影响,结果发现栅长越大,维持电压VH越大,ESD二次击穿电流It2越大;其原因可能与薄硅层中的热分布有关。

表面处理对HfO_2栅介质MOS电容界面特性的影响

在溅射淀积HfO2栅介质之前,采用NO、N2O、O2+CHCCl3(TCE)进行表面预处理。结果表明,预处理能改善界面和近界面特性,减小界面层厚度,尤其是新颖的TCE+少量O2的表面处理工艺,能有效抑制界面层的生长,大大降低界面态密度,减小栅极漏电流。其机理在于TCE分解产生的Cl2和HCl能有效地钝化界面附近Si悬挂键和其它结构缺陷,并能去除离子污染。

薄膜SOI MOS器件阈值电压的解析模型分析

研究了薄膜全耗尽增强型 SOIMOS器件阈值电压的解析模型 ,并采用计算机模拟 ,得出了硅膜掺杂浓度和厚度、正栅和背栅二氧化硅层厚度及温度对阈值电压影响的三维分布曲线 ,所得到的模拟结果和理论研究结果相吻合。

考虑界面捕获效应的MIFIS结构电学性能

结合量子力学模型、偶极子转换理论和金属氧化物半导体结构的半导体物理理论,对描述金属层-绝缘层-铁电层-绝缘层-半导体(MIFIS)结构电学性能的模型进行了改进。该模型考虑了半导体表面的界面捕获态,利用该模型,研究了界面捕获态对半导体表面势-电压(φSi-V)特性和MIFIS结构低频电容-电压(C-V)特性及记忆窗口的影响。结果显示,随着界面捕获态密度的增加,φSi-V和C-V特性曲线沿电压正方向移动并发生变形,记忆窗口逐渐减小,即界面捕获态密度越大,MIFIS结构的电学性能越差。该研究在MIFIS结构器件的设计和制作方面具有指导意义。

用于非破坏性读出铁电存储器的MFIS结构的机理研究

分析了 MFIS FET的工作机理以及影响 MFIS电容的存储窗口特性的因素 ,提出用存储窗口与铁电薄膜正、负矫顽电压的差值来评价存储窗口特性 ,制备了 Au/Cr/PZT/Zr O2 /Si的 MFIS结构并研究了其存储窗口特性 ,存储窗口随 Zr O2 的厚度变化呈现一个极大值 ,甚至会出现 C-V曲线方向的变化 ,而 PZT薄膜的厚度增大会导致窗口增大 ,这是由于界面效应以及在铁电层和介质阻挡层上电压分配关系的不同而造成的 ,这一结果与前面的分析很好地吻合。当 Zr O2 和 PZT的厚度分别为 3 0 nm和 2 5 0 nm、扫描电压从 -5 V到 +5 V变化时 ,存储窗口大小为 2 .5 V,与相应的铁电薄膜的正、负矫顽电压的差值的比为 0 .8。

复合栅介质对AlGaN/GaN MISHEMT器件性能的影响

由于LPCVD-Si3N4具有良好的介电特性,常用作AlGaN/GaN高电子迁移率场效应晶体管（HEMT）的栅介质,然而在高温生长中,易造成GaN界面Ga和N的扩散。针对此问题,提出了一种采用SiON/Si3N4复合绝缘材料作为HEMT器件栅介质的方法,制备了高质量的AlGaN/GaN金属-绝缘层-半导体高电子迁移率晶体管（MISHEMT）器件,并进行了直流测试。测试结果表明,在栅压为18 V时,器件的阈值回滞仅为150 mV,其特征导通电阻为1. 74 mΩ·cm^2（Vgs=2 V）,其击穿电压达到805 V （Ids=100μA/mm）。多频率C-V测试显示,界面态密度可低至2. 9×10^13eV^-1·cm^-2。因此,这种采用SiON/Si3N4复合绝缘材料作为栅介质的方法,在改善器件的阈值回滞、击穿电压和界面态密度等方面效果显著。

高阻硅基GaN晶片上MIS栅结构GaN HEMT射频器件研制

5G通信中3.4~3.6 GHz是主要使用频段。GaN射频器件由于高频、低功耗、高线性度等优势,满足5G通信应用需求。文中在高阻硅基GaN外延片上研制了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor, HEMT),并分析了金属-绝缘层-半导体(Metal-Insulator-Semiconductor,MIS)栅对器件直流和射频特性的影响。研究发现:相比于肖特基栅结构,MIS栅结构器件栅极泄漏电流减少2~5个数量级,漏极驱动电流能力和跨导提高10%以上;频率为3.5 GHz时,增益从1.5 dB提升到4.0 dB,最大资用增益从5.2 dB提升到11.0 dB,电流增益截止频率为8.3 GHz,最高振荡频率为10.0 GHz。

Al/C60/Cu薄膜结构的电学性质

将C60薄膜沉积在Al上,制成了Al/C60结构的薄膜二极管。对Al/C60结构的肖特基结构与金属-绝缘层-半导体(MIS)结构的电学特性做了研究。Al/C60肖特基结构在偏压±2 V时的整流比为30,而Al/C60的MIS结构在偏压±2 V时整流比为100。在MIS结构中,AlOx的形成起着关键的作用。研究还发现,刚沉积好的薄膜二极管,其整流效应并不理想,在真空中经退火处理后,其性能得到增强。此二极管在空气中无封装情况下表现出高稳定性。

多种栅结构SOI NMOS器件ESD特性研究

研究了不同栅结构对栅接地SOI NMOS器件ESD(Electrostatic discharge,静电放电)特性的影响,结果发现环源结构的SOI NMOS器件抗ESD能力最强,而环栅结构的器件抗ESD能力最弱,其原因可能与器件有缘区面积和电流分布有关。