非层状二维CdSe的制备及厚度对带隙的影响

二维半导体材料的天然带隙有望弥补石墨烯的零带隙缺陷,打破后者在场效应晶体管、开关器件、逻辑电路等领域的应用瓶颈. 相较于层状半导体材料,非层状半导体材料多以较强的离子键/共价键结合,且各向同性,因此要获取其二维结构存在一定挑战. 本论文通过化学气相沉积法实现了非层状CdSe在云母衬底上的二维各向异性生长. 详细表征了二维CdSe的微观形貌、晶体结构和光学特性等. 结果表明,样品具有显著的光致发光 (PL )效应,说明厚度减薄至纳米级时不会破坏CdSe的直接带隙属性. 此外,随着厚度减小,样品的PL峰逐渐蓝移. 为了进一步解释该现象,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了不同厚度的CdSe的能带结构,结果显示均为直接带隙,且随厚度减小,带隙值增大,与实验现象吻合. 由此可知,通过生长参数调控二维CdSe的厚度,即可实现对其带隙的有效调控,这对相关光电器件的性能提升具有指导意义.

p型InGaAs薄层半导体欧姆接触特性分析

从电流在金属和半导体界面的拥堵效应出发,依据圆形传输线模型(CTLM)推导出适用于金属和薄层半导体间欧姆接触电阻率的表达式。利用四探针电阻测量法、高导电性下小电流密度测试法以及对薄膜电阻和传输线长度采用非线性拟合的方法获得薄层半导体与金属之间高精度的欧姆接触电阻和电阻率测试结果。研究了Zn掺杂浓度和合金温度对p型InGaAs薄层半导体欧姆接触特性的影响。研究发现:在相同合金温度下,掺杂浓度为1.94×10^(19)cm^(-3)时,样品的欧姆接触电阻率小于掺杂浓度为1.52×10^(19)cm^(-3)的样品,即提高p型InGaAs薄层半导体Zn掺杂浓度有利于半导体和金属Ti/Pt/Au形成良好的欧姆接触;相同Zn掺杂浓度的p型InGaAs薄层半导体,在经过光刻、等离子体去胶、湿法腐蚀等前道工艺后,合金温度为410℃的样品欧姆接触电阻率小于合金温度为380℃的样品,即可通过提高合金温度改善半导体与金属之间的欧姆接触特性。

原子层/分子层沉积技术及其在半导体先进工艺中的应用

原子层沉积是一种气相沉积薄膜的技术,基于表面化学饱和吸附的连续自限反应的机理,薄膜沉积过程可以在各式各样的基底上实现原子级的保形性生长。凭借这一优势,原子层沉积成为半导体先进工艺制程中的重要技术,为实现原子级尺寸和精度的器件工艺提供了重要技术支撑。与传统的化学气相沉积和物理气相沉积不同,原子层沉积在低生长温度下制备的薄膜具有良好的台阶覆盖率、原子尺度上厚度的精准可控性和成分均匀性。分子层沉积是一种类似于原子层沉积的气相沉积技术,它可以精确控制所制备聚合物薄膜的厚度和组成,且同样具有优异的保形性,是一种制备聚合物薄膜的新兴技术。本文首先介绍了原子层沉积的技术原理和特征,然后结合原子层沉积的特征优势列举了原子层沉积在半导体先进工艺制程中应用的例子,包括用于制备高k介质层材料、籽晶层材料、扩散阻挡层材料、间隔层材料、水汽阻隔层材料。后续介绍了分子层沉积技术原理和原子层/分子层沉积组合技术制备的无机-有机杂化薄膜在介电材料和水汽阻隔材料中的应用,最后进行了总结并指出原子层沉积和分子层沉积技术将在芯片器件高端工艺中扮演越来越重要的角色。

Zn杂质诱导GaInP/AlGaInP红光半导体激光器量子阱混杂的研究

在GaAs基GaInP/AlGaInP单量子阱结构外延片上分别使用磁控溅射设备生长ZnO薄膜和等离子增强化学气相沉积设备生长SiO2薄膜,以ZnO介质层作为Zn杂质诱导源,采用固态扩Zn的方式对激光器进行选择性区域诱导以制备非吸收窗口来提高器件的腔面光学灾变损伤阈值,从而提高半导体激光器的输出功率和长期可靠性。在580~680℃、20~60 min退火条件下对Zn杂质诱导量子阱混杂展开研究,实验发现,ZnO/SiO2或ZnO/Si3N4复合介质层的采用比单一Zn介质层的杂质诱导蓝移量大,且在680℃、30 min的条件下获得了最大55 nm的蓝移量。分析结果表明,介质层所施加的压应变会将外延片表面GaAs层中Ga原子析出,促使Zn原子进入外延层中以诱导量子阱混杂。通过测量光致发光光谱发现发光强度并没有明显下降,可为后期器件制作提供借鉴。

Ⅲ族氮化物半导体及其合金的原子层沉积和应用

Ⅲ族氮化物半导体由于包含了宽的直接禁带宽度、高击穿场强、高电子饱和速度、高电子迁移率等优异的性质,自从发展以来便成为半导体领域中的一个热点.并且由于其禁带宽度可以从近紫外涵盖到红外区域,因此在传统半导体所难以实现的短波长光电子器件领域,也具有广阔的应用前景.原子层沉积由于其特殊的沉积机制可以在较低的温度下实现Ⅲ族氮化物半导体的高质量制备,通过调整原子层沉积的循环比也可以方便地调整合金材料中的成分.发展至今,原子层沉积已经成为制备Ⅲ族氮化物及其合金材料的一种重要方式.因此,本文着重介绍了近期使用原子层沉积进行Ⅲ族氮化物半导体及其合金的沉积及应用,包括使用不同前驱体、不同方式、不同类型原子层沉积,在不同温度、不同衬底上进行氮化物半导体及其合金的沉积.随后讨论了原子层沉积制备的Ⅲ族氮化物材料在不同器件中的应用.最后总结了原子层沉积在制备Ⅲ族氮化物半导体中的前景和挑战.

Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺层状钙钛矿型CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)半导体的制备及上转换发光性能研究

采用固相法合成了Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺杂的层状钙钛矿型CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)(CBN)上转换(UC)发光材料,并利用粉末X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和UC发射光谱研究了它们的物相结构、形貌和上转换发光性能。在980 nm激发下,CaBi_(2)Nb_(2)O_(9):Yb^(3+)/Tm^(3+)样品呈现出以478 nm为中心的强蓝光发射,并伴有典型的647 nm、695 nm弱红光发射和783 nm近红外发射,这归因于Tm^(3+)分别对应于^(1)G_(4)→^(3)H_(6)、^(1)G_(4)→^(3)F_(4)、^(3)F_(3)→^(3)H_(6)和^(3)H_(4)→^(3)H_(6)跃迁。功率依赖性研究表明,所有UC发射都是双光子过程。结果表明,CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)是一种很有前途的UC发光材料。

实现稳定光电化学水分解的自修复机制

随着全球经济的持续增长,人类社会对能源的需求也在不断攀升.然而,传统的化石燃料无法再生,并且由于其过度消耗而引发的环境问题日益凸显,这使得寻找清洁、可持续的能源替代品成为当务之急.其中,通过人工光合作用对太阳能进行转化和储存是一个理想的能源替代方案.光电化学(PEC)水分解技术可以将太阳能直接转化为氢能,并且在氢燃料的生产和燃烧过程中水是唯一的原料和产物,实现了“零碳”排放的紧密氢循环,整个过程被认为是绿色、可持续的.在过去几十年里,大量关于PEC水分解的研究被报道,尤其是在提高太阳能到氢气(STH)转换效率方面取得了较大的进展.然而,光电极在工况下的长期稳定性问题仍然是制约PEC水分解商业化的主要障碍.为了应对这一挑战,催化领域引入了自修复的概念,并将其扩展应用于提高光电极的稳定性,这为解决其稳定性问题提供了新的策略.因此,有必要对实现稳定PEC水分解的自修复机制进行综述.本文系统综述了不同半导体光吸收体、保护层和助催化剂在工况下的衰减机制.首先,重点探讨了窄带隙半导体材料,如硅基(n-Si或p-Si)或III-V族半导体(GaAs,InP等)在工况下的衰减机制.这些材料受到电解液化学腐蚀的影响,导致其理化性质不稳定.特别是在光照或外加偏压的作用下,腐蚀作用会进一步加剧,严重影响其性能.然后,分析了具有合适带隙的半导体材料的衰减机制.受热力学因素影响,非氧化物半导体,如金属硫化物/硒化物、氮化物、氧氮化物、磷化物等,容易被光生空穴氧化;而金属氧化物半导体,如Cu_(2)O,则容易被光生电子还原.此外,热力学上相对稳定的金属氧化物半导体,如BiVO_(4),受动力学因素影响易发生光腐蚀,导致光吸收物种的溶解和晶格结构的破坏.除了半导体材料本身,表面保护层受到寄生光吸收和针孔现象的限制,导致其保护效果降低.助催化剂同样面临着活性衰减和寄生光吸收带来的挑战,这些因素影响了光电极的整体效率和稳定性.为了应对这些挑战,本文总结了一系列具有自修复机制的损伤修复策略,包括光吸收材料和助催化剂中活性组分的内在自修复、半导体中缺陷位点的内在自修复、保护层中的外在自修复以及表面改性层中自修复薄膜的厚度自限性特征.实现这些自修复机制通常需要结合PEC水分解工况下提供的偏压或光电压,并在电解液中添加失活物种的离子源或额外的修复剂.工况下提供的偏压大小以及添加到电解质中的物种数量和浓度将直接决定PEC水分解的自修复能力.综上,自修复作为维持易腐蚀光电极稳定性的理想方式,具有极大的应用潜力.通过利用更先进的原位分析技术能够更深入地揭示光电极/电解质界面在工况下的动态演变规律,从而更好地从本质上了解PEC水分解系统的损伤机制.针对运行状态下损伤部位的针对性修复,可以建立动态稳定的损伤-修复机制,为实现人工光合作用系统的高效和长期稳定运行提供有力保障.展望未来,需要进一步深入剖析并完善自修复机制,使其成为催化系统开发的一般性设计原则,此外,还应积极探索将自修复机制扩展至更广泛的应用平台和场景中,为推动清洁能源领域的进一步发展贡献更多的解决方案.

退火对不同金属薄膜上的BN/MoS_(2)异质结构形貌、结构和电性能的影响

以过渡金属硫化物、氮化硼等二维层状材料为基础,研究了一种简单可靠的集成电路制造方法。在这项工作中,采用射频磁控溅射在室温下逐层制备了M/BN/MoS_(2)(M=Al、Ti、Mo和Ag)纳米薄膜,其中BN/MoS_(2)为未发生化学反应的异质结构,然后在500℃进行退火。结果表明:所制备的金属(Al、Ti、Mo和Ag)、BN和MoS_(2)薄膜均匀连续,特别是BN/MoS_(2)异质结构界面清晰、结合紧密。退火后,顶层MoS_(2)薄膜颗粒大小、粗糙度和结晶性显著提高,且杂质减少甚至消失,其中Ag/BN膜基底上MoS_(2)薄膜结晶性最好,且出现了较大的片层状形态。电性能测试显示金属/BN和BN/MoS_(2)异质结构界面的肖特基势垒使得样品的I-V特性曲线呈明显的非线性。Ti基由于退火后氧化,电阻率最大,Mo基功函数最大,电阻率其次,Ag基功函数相对较低所以电阻率较低,而Al则由于低的功函数、结构匹配及载流子浓度等因素导致其电阻率最低。

原子层沉积技术及其在半导体中的应用

首先简述原子层沉积(ALD)技术的发展背景,通过分析ALD的互补性和自限制性等工艺基础,介绍了它在膜层的均匀性、保形性以及膜厚控制能力等方面的优势,着重列举ALD在半导体互连技术、高k电介质等方面的应用。同时指出了目前ALD工艺中存在的主要问题。

新型超高压发电机-POWERFORMER

在6篇文献的基础上综述了新型的超高压发电机(powerformer)的特点。这种发电机不同于常规发电机,其绝缘介质是交联聚乙烯,即采用交联聚乙烯绝缘高压电缆作为绕组线。绕组电缆由导体、内半导电屏蔽层、绝缘层和外半导电屏蔽层构成。新型超高压发电机可以直接产生高电压,省去了升压变压器,可直接将电能输入电网。分析了新型发电机的冷却系统和其他优缺点,同时展望了新型发电机的广阔前景。

双层减反射膜镀制半导体光放大器

首次采用ZnSe和MgF2双层减反射膜镀制半导体光放大器，分别测出了两端面的剩余反射比曲线。结果表明，该放大器两端面反射比乘积最小值低于1×10－6，按照O’Mahoney给出的判据，其可用行波单程增益为22dB。

Y_(1-x)Ca_xBaCo_2O_(5+δ)的制备和性能表征

利用固相反应法合成了层状钙钛矿钴氧化物Y1-xCaxBaCo2O5+δ(x=0,0.1,0.15,0.2)材料,系统研究了材料的氧吸附性能和电输运性质。XRD结果表明Ca2+掺杂的样品具有母相YBaCo2O5+δ层状钙钛矿结构,随着Ca2+掺杂量的增加,样品的晶格参数增大。TG结果显示:从室温到1 273 K,所有样品经历了两次吸氧和脱氧的过程,Ca2+掺杂增强了样品的氧脱附性能。在中低温下,约650 K附近,吸氧量达到最大,同时,样品发生了半导体金属转变。Ca2+掺杂量的增加,半导体金属转变温度增大,电导率下降。半导体金属转变与氧变化量δ有关而电导率下降与Ca2+掺杂引起Co3+离子的增加有关。

原子层沉积技术的应用现状及发展前景

介绍了原子层沉积(ALD)技术的应用现状及发展前景,包括ALD原理、ALD技术的主要优势、ALD在各方面的应用,如半导体及纳米电子学应用、光电材料及器件、微机电系统(MEMS)、纳米结构及其它应用。ALD工艺所需温度比其他化学气相沉积方法远远降低,温度约为300℃。ALD对薄膜的均匀性有更好的控制,由于原子层技术的独特性,使其在半导体等行业的发展前景十分可观。

FSM-16沸石和纳米TiO_2/FSM-16沸石的合成与光谱表征

Zeolite FSM 16 was synthesized by reconstruction of layered silicate in the presence of organic surfactant. With partial replacement of Ti 3+ with organic cations, TiO 2 nano structured particles were simultaneously built in the channel of the zeolite as the framework of the zeolite was formed. XRD, IR and Raman spectroscopic characterizations indicate that SiO 4 tetrahedron may be distorted and transferred from Q 3 to Q 2 form due to the pucker and reconstruction of the layered structure. The formation of TiO 2 nano structured particles had no influence on the formation of zeolite framework, however, the interaction obviously occurred between TiO 2 nano structured particles and zeolite framework.

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。

晶界势垒对晶界层电容器性能的影响

本文从晶界势垒的角度研究了中间夹层的 Schottky 晶界势垒对晶界层电容的介电常数、工作电压等电性能的影响。对在空气中烧成和在还原气氛中烧成的 SrTiO_3晶界层电容器电性能的较大差别给予了一些解释。

红外GaAs液晶光阀一维等效电路模型分析

叙述了红外GaAs液晶光阀的工作原理和主要构成,并由此建立了红外GaAs液晶光阀一维等效电路模型,根据此模型着重分析光电导层GaAs的厚度对红外液晶光阀的红外调制动态范围、驱动频率和分辨率的影响,给出了部分相关曲线,得到最佳GaAs厚度范围。根据此模型计算出液晶光阀的结构参数,重新设计了液晶光阀并给出了部分实验结果。

20CrMnTi基体高功率熔覆Co基合金熔覆层性能

采用Co基合金粉末对齿轮钢20CrMnTi进行激光熔覆,研究半导体激光器在大功率输出下所制备的合金粉末熔覆层的质量、金相组织、显微硬度以及摩擦磨损性能。研究结果表明:采用大功率激光熔覆Co基材料,可以获得表面平整的无缺陷熔覆层,其组织致密,裂纹敏感性低;使用变功率策略可以制备无塌陷的薄壁多层激光熔覆结构,表面平整无孔隙。

量子阱激光器超晶格缓冲层的研究

在量子阱半导体激光器结构中采用优化超晶格缓冲层来掩埋衬底缺陷，获得了性能优良的激光器。对超晶格缓冲层所具有的“量子阱陷阱效应”进行了理论分析。

Ru-ZnO气敏材料的敏感特性研究

采用化学沉淀法合成了纯ＺｎＯ微细粉，用浸渍法合成了Ｒｕ－ＺｎＯ气敏材料及Ａｌ２Ｏ３基催化剂。采用静态配气法测试了ＺｎＯ单层膜及双层膜旁热式气敏元件的敏感特性。实验结果表明，Ｒｕ的掺杂可提高ＺｎＯ的气体灵敏度，催化剂涂层的施加可改善Ｒｕ－ＺｎＯ对汽油、乙醇、丁烷的气敏选择性。