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.

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.

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。

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.

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.

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。

Ag_(2)O-NiTi-LDH复合材料的构建及其光催化氧化乙硫醇性能研究

本文将氧化银(Ag_(2)O)负载到镍-钛层状双金属氢氧化物(NiTi-LDH)上以构建Ag_(2)O-NiTi-LDH复合材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV-vis、电化学工作站和FT-IR等技术对样品进行表征。采用静态吸附-光催化的方法对乙硫醇进行吸附氧化降解。结果表明:复合材料中Ag_(2)O和NiTi-LDH之间存在相互作用,使得Ag_(2)O-NiTi-LDH复合材料比单一基体材料的带隙能小,光生电子-空穴的分离和迁移效率高;在光催化实验中,单一的基体材料NiTi-LDH对乙硫醇的光催化效果不明显,Ag_(2)O和Ag_(2)O-NiTi-LDH虽然都能将乙硫醇光催化氧化成硫酸盐,但Ag_(2)O-NiTi-LDH复合材料光催化氧化降解效率高于Ag_(2)O。

过渡金属氧化物中新奇量子态与电荷-自旋互转换研究进展

为了满足信息技术时代下海量数据的高效存储及处理,具有低功耗、非易失性的自旋电子器件受到极大关注.能够高效产生自旋流的自旋源材料是新型自旋-轨道力矩器件的重要组成部分.近二十年来,在探索具有高效产生自旋流的材料体系,以及理解材料相关物理机制两方面都取得了较大的进展.最近,在过渡金属氧化物中涌现出许多与产生自旋流密切相关的新奇量子态,成为自旋源的新兴材料体系被广泛研究.研究结果表明,过渡金属氧化物具有对电子结构高度敏感、显著且灵活可调的电荷-自旋转换效率,具有巨大的应用潜力.本文主要综述了过渡金属氧化物中新奇的电子能带结构及其与电荷-自旋互转换的关联机制,并对未来的发展趋势进行了展望.

基于从头算分子动力学的金属/氧化物-水界面能带排列

金属/氧化物的界面能带排列对于理解电化学界面有至关重要的作用。本文介绍了如何基于从头算分子动力学模拟得到金属/氧化物-水界面的能带排列。计算能带排列可与实验能带排列直接进行比较,以获得该电位下分子层面上的理解。金属界面的能带排列可与实验测定的零电荷电位对比,半导体氧化物界面的能带排列可与实验上零电荷点下测定的平带电势相比较。

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。

珊瑚状镧铁金属氧化物复合材料的制备及其气敏性能研究

以硝酸镧、硝酸铁为原料,尿素为沉淀剂,十六烷基三甲基溴化铵为分散剂,采用微波-超声辅助法和煅烧工艺,制备珊瑚状镧铁金属氧化物复合材料用于三乙胺检测,考察不同镧铁摩尔比对材料结构和气敏性能的影响。结果表明:当原料中镧铁摩尔比为2∶1时,获得的珊瑚状镧铁金属氧化物复合材料LFO1在工作温度为250℃时对100×10^(-6)g/mL三乙胺气体的灵敏度响应值达到505,检测限为2.8×10^(-6)g/mL,并具有良好的选择性、稳定性以及快速响应特性。这种优异的气敏性能归因于珊瑚状结构所具有的大比表面积为LFO1提供了大量活性位点,从而增强其对三乙胺气体的吸附和扩散能力。

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。

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。