宽带隙半导体材料光电性能的测试

主要通过光致发光的实验手段,研究分析了在自支撑GaN衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱(InGaN/GaN MQW)有源层中的载流子复合机制,实验中发现多量子阱的光致发光光谱中有一个与有源区中的深能级相关的额外的发光峰。在任何温度大功率激发条件下,自由激子的带边复合占主导地位,并且带边复合的强度随温度或激发功率的下降而减弱;在室温以下小功率激发条件下,局域化能级引入的束缚激子复合占主导地位,其复合强度随温度的下降而单调上升,随激发功率的下降而上升。带边复合在样品温度上升或者激发功率变大时发生蓝移,而局域的束缚激子复合辐射的峰值波长,随样品温度和激发功率的变化没有明显变化。

六边形micro-LED台面制备及光学特性研究

在蓝宝石为衬底的标准绿光GaN-LED外延片上,成功制备了边长分别为6μm、8μm、10μm且具有不同侧壁晶面(m面,a面)的六边形micro-LED台面。通过光致发光谱研究了各个侧壁晶面的六边形micro-LED台面的发光特性。结果显示,在10.5 kW/cm^(2)的注入功率密度下,边长6μm的m面侧壁的micro-LED台面比a面侧壁的micro-LED台面的发光峰强提高了24.4%。在9.05 kW/cm^(2)的注入功率密度下,随着台面尺寸从10μm缩小到6μm,m面侧壁台面单位面积的发光峰强提升了52.8%。结果表明,micro-LED台面侧壁对发光效率具有重要影响,设计制备符合GaN晶格特性的低密度界面态侧壁六边形micro-LED台面,可大幅提高micro-LED发光效率,是实现高量子效率micro-LED的特定解决方案。

薄膜材料研究中的XRD技术

晶格参数、应力、应变和位错密度是薄膜材料的几个重要的物理量,X射线衍射(XRD)为此提供了便捷而无损的检测手段。分别从以上几个方面阐述了XRD技术在薄膜材料研究中的应用:介绍了采用XRD测量半导体薄膜的晶格参数;结合晶格参数的测量讨论了半导体异质结构的应变与应力;重点介绍了利用Mosaic模型分析位错密度,其中比较了几种不同的通过XRD处理Mosaic模型,且讨论了它们计算位错密度时的优劣。综合XRD技术的理论及在以上几个方面的最新研究进展,对XRD将来的发展做出了展望。

USB2.0 IP核功能验证的研究和应用

本文从验证平台模型的构建出发,完成了对一款USB2.0 IP核的功能验证。文中列举了部分验证代码和实例,在测试用例中着重对UTMI接口,微处理器接口和RAM接口等进行了详细描述,最后给出了仿真波形和验证结果报告,从中可以看出USB2.0 IP核的代码覆盖率达到了100%,结果令人满意。文中对验证方法学进行了研究和实践,实现了测试向量的可读性,验证结果的自动生成和可观测性,验证思想可以在相关设计中复用。

m面非极性GaN材料MOCVD生长和特性

用MOCVD方法在(100)LiAlO2衬底上研制出m面的非极性GaN薄膜材料.研究了不同生长条件对材料特性的影响.通过优化生长,获得了非极化m面GaN单晶薄膜.

Mn掺杂GaN基稀磁半导体材料制备和特性研究

利用金属有机物化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长了Mn掺杂GaN基稀磁半导体材料。原子力显微镜研究表明,少量的Mn在样品表面起到活性作用。X射线衍射和喇曼散射研究表明,当Mn的掺杂浓度很低(<2.7%)时并没有观察到第二相的出现,当Mn的掺杂浓度达到3.9%时观察到了第二相。采用光学测试得到了由于Mn杂质引入杂质能级和缺陷而产生一个很宽的发射和吸收谱。

AlxGa1-xN／AlN超晶格材料特性研究

用MOCVD技术在(0001)蓝宝石衬底上成功研制了2寸衬底上无裂纹的Al N/Al0.3Ga0.7N超晶格材料。研究了AlxGa1-xN/Al N超晶格材料特性。结果表明,缓冲层材料和结构对Al N/Al0.3Ga0.7N超晶格的表面型貌和界面特性有很大的影响。AFM研究表明利用GaN做支撑层生长的Al N/Al0.3Ga0.7N超晶格材料是一种准二维生长模式。XRD和SEM研究表明研制的材料表面平整、界面清晰、并且材料具有完整的周期重复性。利用紫外-可见光谱仪反射谱研究表明研制的30对Al N/Al0.3Ga0.7N超晶格材料在中心波长为313nm的紫外波段具有93.5%的反射率。

氧源的射频离化对ZnO MOCVD材料生长与性质的影响

在不同温度条件下,利用低压金属有机源化学气相沉积(LP-MOCVD)系统制备ZnO薄膜,对在氧源离化和非离化两种状态下生长的ZnO薄膜材料进行了相关的研究比较.通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、低温光致发光谱等方法研究了离化参数与生长速率、晶体质量、表面结构以及光学特性之间的相互关系,研究发现射频等离子体离化对薄膜生长速率等参数有明显的影响,通过优化相关离化实验参数可以极大的改进和提高材料的结构和光学性质.

界面极化效应对Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结pin探测器光电响应的影响

设计了正面入射的探测波长范围限制在326～365nm的AlxGa1-xN/GaN异质结pin光电探测器.利用自洽求解薛定谔-泊松方程计算了AlxGa1-xN/GaN异质结在无极化、完全极化和部分极化的能带图,结合光电响应谱的模拟,分析了界面极化效应对AlxGa1-xN/GaN异质结pin紫外光电探测器响应特性的影响并提出了改善方法.

大失配、强极化第三代半导体材料体系生长动力学和载流子调控规律

高质量氮化镓(Ga N)材料是发展第三代半导体光电子与微电子器件的根基。大失配、强极化和非平衡态生长是Ga N基材料及其量子结构的固有特点,对其生长动力学和载流子调控规律的研究具有重要的科学意义与实用价值,受到各国科学界与产业界广泛高度重视。本文对大失配、强极化氮化物半导体材料体系外延生长动力学和载流子调控规律进行了研究,旨在攻克蓝光发光效率限制瓶颈,突破高Al和高In氮化物材料制备难题,实现高发光效率量子阱和高迁移率异质结构,制备多波段、高效率发光器件和高频率、高耐压电子器件,实现颠覆性的技术创新和应用,带动电子材料产业转型升级。

材料结构对AlGaN基分布布拉格反射镜特性的影响

采用低压MOCVD技术生长了A lGaN/GaN、A lGaN/A lN等多种交替生长结构的半导体多层膜分布布拉格反射镜(DBR)。利用X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等测量手段对材料的物理特性进行了分析表征。结果表明,材料结构对DBR的性能影响很大。通过材料的优化生长,获得了反射率高达93.5%、中心波长和发射率都接近理论值的A lGaN/A lN DBR材料。

新一代宽禁带半导体紫外光电探测器

伴随着紫外辐照在国防、科学研究和民用领域的广泛应用,半导体紫外探测技术也随之快速发展。以Ⅲ族氮化物和碳化硅为代表的宽禁带半导体材料是近年来国内外重点研究和发展的第三代半导体材料,具有优良的材料性能,是制备紫外探测器的理想材料。文中通过介绍Ⅲ族氮化物和碳化硅紫外探测器的技术现状,对其未来技术发展和应用了进行相关探讨。

MOCVD生长的全组分InGaN材料

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法在C面蓝宝石衬底上制备了全组分InGaN薄膜,通过改变生长温度和In/Ga比例成功调控了InGaN合金组分和带隙宽度。利用不同的物理表征手段系统研究了InGaN薄膜的晶体结构和光电学性质,XRD和Hall等测试结果表明:富Ga的InGaN薄膜具有较好的晶体质量,背景电子浓度基本均比富In的InGaN低一个数量级。同时,结合光致发光谱和光学透射谱研究了InGaN合金带隙随In组分的变化关系。

掺Er HfO_2薄膜材料的光致发光性质

用脉冲激光淀积(PLD)技术和离子注入的方法制备了掺Er氧化铪(HfO2)薄膜样品,观察到了样品中Er离子波长1535nm的室温和变温光致发光(PL)现象.分析了后期不同的退火温度对样品发光强度的影响,发现当退火温度选取800℃时可最大程度减少材料中的晶格损伤和缺陷等非辐射衰减中心,同时光激活Er离子,从而实现最大强度的光致发光.通过对样品光致发光激发(PLE)的测量分析发现,在Er离子的发光过程中除了直接吸收的过程之外还存在着间接激发的过程.HfO2将会成为Er掺杂的一种很好的基质材料.

应变硅薄膜的厚度对材料迁移率的影响

用化学气相沉积方法在SiC/Si上外延生长了应变硅薄膜.扫描电子显微镜方法显示所得样品具有明显的Si/SiC/Si三层结构,喇曼散射光谱和X射线衍射测量结果表明外延的Si薄膜存在应变.Hall效应测量证明相比于相同浓度的体Si材料应变Si薄膜具有较高的霍尔迁移率;但随着应变硅层厚度的增加,霍尔迁移率下降,这应与薄膜中应变减小和失配位错有关.

八通道多协议串行通信控制器的功能验证

超大规模集成电路芯片的验证是一项复杂的任务,占据了整个芯片设计工作量的70%。实现了一款八通道多协议串行通信控制器芯片的功能验证,介绍了基于总线功能模型验证平台的建立方法,并根据此芯片的设计特点,研究了该芯片的验证策略,设计了验证平台,同时完成了芯片的后仿真和样片测试。实践证明,该验证策略具有较高的功能覆盖率,验证平台具有较好的复用性,对同类具有复杂通信协议电路的功能验证有一定的参考价值。

硫系相变材料Ge_1Sb_2Te_4和Ge_2Sb_2Te_5薄膜相变速度及电学输运性质研究

利用磁控溅射方法制备了Ge_1Sb_2Te_4和Ge_2Sb_2Te_5两种相变存贮材料的薄膜。原位X射线衍射(XRD)的结果表明,随着退火温度的升高,Ge_1Sb_2Te_4和Ge_2Sb_2Te_5薄膜都逐步晶化,材料结构发生了从非晶态到面心立方结构、再到六角密堆结构的转变。由衍射峰的半宽高可以看出,在达到第一次相变温度后,Ge_2Sb_2Te_5比Ge_1Sb_2Te_4结晶更快。原位变温电阻测量的结果显示,在相同的升温速率下,Ge_2Sb_2Te_5的热致晶化速率更快。而且Ge_2Sb_2Te_5非晶态与晶态的电阻差值更高。故Ge_2Sb_2Te_5比Ge_1Sb_2Te_4更适合作为相变存储器的材料。另外,对两种薄膜的电学输运性质进行了研究,霍尔效应的测量表明,Ge_1Sb_2Te_4材料电导的变化是迁移率和载流子浓度共同作用的结果,而Ge_2Sb_2Te_5材料电导的变化主要是由于载流子浓度的变化引起。

MOCVD外延生长InN薄膜及其光学性质研究

本文通过添加InGaN垫层,利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在GaN(0001)上外延生长了InN薄膜,研究了InN薄膜的外延规律及光学性质。研究发现,相对于GaN表面,在InGaN垫层上可以获得更高质量的InN。通过在InGaN垫层中采用适当的In组分(在本工作中为In_(0.23)Ga_(0.77)N),可以完全抑制InN生长过程中铟滴的形成,获得的InN表面形貌连续平整。采用光学显微镜、高分辨率X射线衍射(HR-XRD)、透射电子显微镜(TEM)、光吸收和室温光致发光等方法研究了InN的晶体结构和光学性质。HR-XRD的ω和ω-2θ扫描显示,InGaN垫层消除了In滴的衍射信号,并且ω扫描给出了150 nm的InN薄膜的(0002)半峰全宽为0.23°。TEM选区电子衍射发现,InN几乎是无应变的。室温下InN薄膜的光吸收和强光致发光结果表明,所制备的InN薄膜能带隙约为0.74 eV。本文还初步研究了InN的异常激发依赖性的光致发光行为,证明了InN材料的表面效应对辐射复合的强烈作用。

GaN基蓝光micro-LED的结温和载流子温度研究

结温及载流子温度因作为影响LED发光效率的重要参数而广受关注。文章研究了GaN基蓝光集成传感微小尺寸发光二极管(micro-LED)的光致发光(PL)光谱、载流子温度等随结温的变化规律。通过内置集成传感单元芯片,设计实现了GaN基蓝光micro-LED在0.04~53.4 A/cm^(2)电流密度下结温和PL光谱的实时精确测量,并将正向电压法测量结温的低温端范围拓展至123 K。结果表明,低温下由于载流子泄漏、串联电阻的原因,结温与正向电压的线性斜率发生变化。针对PL光谱使用高能侧斜率法计算得到不同电流密度下的载流子温度,发现载流子温度与结温在所研究的结温和电流密度范围内可以近似用二次方程拟合,并对载流子温度随结温和电流密度变化的规律进行了分析和解释。

准垂直肖特基二极管电极间距对耐压的影响

研究了不同电极间距对准垂直肖特基势垒二极管(SBD)正反向Ⅰ-Ⅴ特性,尤其是击穿电压和漏电的影响。通过制备不同电极间距的准垂直GaN SBD,测量不同电极间距器件的击穿电压和反向漏电变化。测量发现当电极间距小于器件台面刻蚀深度时,器件的击穿电压随着电极间距的增大而增大;当电极间距大于台面刻蚀深度时,器件的击穿电压随着电极间距的增大而几乎不发生变化。利用Silvaco软件进行了一系列的仿真研究,发现SBD的峰值电场强度不仅取决于电极间距,同时还受限于台面高度。研究表明在准垂直SBD研制中,为得到高击穿电压,电极间距应匹配器件台面的高度。