量子阱Si/SiGe/Sip型场效应管阈值电压和沟道空穴面密度模型

Si材料中较低的空穴迁移率限制了Si互补金属氧化物半导体器 件在高频领域的应用. 针对SiGe p型金属氧化物半导体场效应管(PMOSFET)结构, 通过求解纵向一维泊松方程,得到了器件的纵向电势分布, 并在此基础上建立了器件的阈值电压模型,讨论了Ge组分、缓冲层厚度、 Si帽层厚度和衬底掺杂对阈值电压的影响.由于SiGe沟道层较薄, 计算中考虑了该层价带势阱中的量子化效应. 当栅电压绝对值过大时, 由于能带弯曲和能级分裂造成SiGe沟道层中的空穴会越过势垒到达Si/SiO₂界面, 从而引起器件性能的退化. 建立了量子阱SiGe PMOSFET沟道层的空穴面密度模型, 提出了最大工作栅电压的概念, 对由栅电压引起的沟道饱和进行了计算和分析. 研究结果表明,器件的阈值电压和最大工作栅压与SiGe层Ge组分关系密切, Ge组分的适当提高可以使器件工作栅电压范围有效增大.     

多晶SiGe栅量子阱pMOSFET阈值电压模型

本文基于多晶SiGe栅量子阱SiGe pMOSFET器件物理,考虑沟道反型时自由载流子对器件纵向电势的影响,通过求解泊松方程,建立了p+多晶SiGe栅量子阱沟道pMOS阈值电压和表面寄生沟道开启电压模型.应用MATLAB对该器件模型进行了数值分析,讨论了多晶Si_1-yGe_y栅Ge组分、Si_1-xGe_x量子阱沟道Ge组分、栅氧化层厚度、Si帽层厚度、沟道区掺杂浓度和 关键词： 多晶SiGe栅 寄生沟道 量子阱沟道 阈值电压     

量子阱结构对有机电致发光器件效率的影响

实验中共制备了五种有机量子阱结构电致发光器件,分别对这五种量子阱结构器件的电致发光特性进行了研究,分析了量子阱结构的周期数和势垒层的厚度对器件电学性能的影响.实验结果表明适当周期数的量子阱结构器件的亮度和电流效率比传统的三层结构器件的要大,主要原因是量子阱结构对电子和空穴的限制作用,这种限制作用提高了电子和空穴在发光层中形成激子和复合的概率,从而提高了发光的亮度和效率.当改变阱结构器件中势阱层的厚度时,也会对器件的亮度和效率产生影响,采用适当的势阱层厚度能够提高器件的亮度和效率. 关键词： 量子阱结构 电致发光 电流效率 光谱     

高灵敏度InAs/AlSb量子阱的霍尔器件(英文)

用分子束外延在Ga As(001)衬底上生长了两个量子阱结构的霍尔器件,一个是没有掺杂的量子阱结构,一个是Si-δ掺杂的量子阱结构。研究了霍尔器件的面电子浓度和电子迁移率与温度的关系。结果表明,在300 K下,Si-δ掺杂的量子阱结构的电子迁移率高达25 000 cm~2·V~(-1)·s~(-1),并且该器件输入电阻和输出电阻较低。同时,Si-δ掺杂的量子阱结构霍尔器件的敏感度好于没有掺杂的量子阱结构霍尔器件。     

δ-掺杂受主的扩散对GaAs/AlAs量子阱子带的影响（英文）

在15 nm GaAs/5 nm AlAs单量子阱的GaAs阱层中间,分别进行不同浓度剂量的铍受主的δ-掺杂。铍受主在量子阱层中的扩散浓度分布,由扩散方程数值解出。高温下扩散在GaAs阱层中的Be受主将发生电离,成为带负电荷的受主离子,同时也向量子阱价带的子带中引入空穴。带负电荷的扩散受主离子和价带子带中的空穴,它们都是带电粒子在GaAs阱层中按库伦定律激发电场。相比较而言,对于无掺杂同结构量子阱,在空穴的薛定谔中增加了一个额外的微扰势,从而使无掺杂的量子阱价带的子带有所改变。在有效质量和包络函数近似下,通过循环迭代方法,数值求解了既满足薛定谔方程又满足泊松方程的空穴波函数,找出了自洽、收敛的空穴子带的能量本征值。计算发现考虑到这种额外微扰势,重空穴基态子带hh的能量有一个电子伏特变化,并且随着掺杂受主剂量的增加,重空穴基态子带hh向着价带顶红移,计算结果与实验测量符合得很好。     

量子阱垒层掺杂变化对双波长LED调控作用研究

采用APSYS软件研究了InGaN/GaN量子阱垒层掺杂变化对双波长 发光二极管发光光谱的调控问题. 在不同掺杂类型和浓度下对器件电子空穴浓度分布、 载流子复合速率、 能带结构、 发光光谱进行分析, 结果表明, 调节量子阱垒层n型和p型的掺杂浓度可以精确而有效地根据需要调控发光光谱, 解决发光光谱调控难的问题. 这些现象归因于掺杂的量子阱垒层对电子空穴分布的调控作用.     

δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱的空穴共振隧穿（英文）

三个具有不同量子阱宽度的GaAs/AlAs多量子阱结构样品通过分子束外延生长设备生长在半绝缘的(100)p-型GaAs衬底上,并且在量子阱层结构的生长过程中,在GaAs阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。基于这3个结构样品,通过光刻技术和半导体加工工艺制备了相应的两端器件。在4～200 K的温度范围内,我们分别测量了器件的电流-电压特征曲线,清楚地观察到了重、轻空穴通过δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱结构的共振隧穿现象。发现随着GaAs量子阱层宽的逐渐减小,轻空穴的共振隧穿峰向着高电压方向移动,这个结果和通过AlAs/GaAs/AlAs双势垒结构模型计算的结果是一致的。然而,随着测量温度的进一步升高,两个轻空穴共振峰都朝着低电压的方向移动,并且在150 K温度下,其中一个共振遂穿峰表现为一种振动模式。     

纤锌矿结构ZnO/Mg_xZn_(1-x)O量子阱中带间光吸收的尺寸效应和三元混晶效应

对于纤锌矿结构ZnO/MgxZn1-xO有限深单量子阱结构,考虑内建电场、导带弯曲及材料掺杂对实际异质结势的影响,利用有限差分法和自洽法数值求解Schr?dinger方程和Poisson方程,获得电子(空穴)的本征能级和本征波函数.进而,采用费米黄金法则讨论带间光吸收的尺寸效应和三元混晶效应.结果表明:三元混晶材料MgxZn1-xO中Mg组分的增加会增强垒层和阱层的内建电场强度,使得电子(空穴)平均位置靠近左(右)垒,导致带间跃迁吸收峰呈指数减小且发生蓝移;ZnO/MgxZn1-xO量子阱带间跃迁吸收峰随阱宽增大而减小,吸收峰发生红移.所得结果可为改善异质结构材料和器件的光电性能提供理论指导,以期获得实际应用所需的光学吸收频谱和波长.     

本征GaAs量子阱中电子自旋扩散输运的时-空分辨吸收光谱研究

发展了一种时-空分辨圆偏振光抽运-探测光谱及其理论,并用于本征GaAs量子阱中电子自旋扩散输运的实验研究.获得室温下本征GaAs量子阱中的“自旋双极扩散系数”为D_as=37.5±15 cm²/s.此结果比用自旋光栅法测量到的掺杂GaAs量子阱中电子自旋扩散系数小.解释为是由于“空穴库仑拖曳”效应减慢了电子自旋波包的扩散输运. 关键词： 时-空分辨抽运-探测光谱 电子自旋扩散 GaAs量子阱     

空穴在动量空间分布对p型量子阱红外探测器响应光谱的影响

通过对p型量子阱红外探测器(QWIP)的自洽计算，得到了量子阱价带的电子结构和器件的光电流谱，并研究了载流子在动量空间分布对p型QWIP光谱响应的影响.计算结果表明，在动量空间不同区域的空穴对器件的光谱响应起着不同作用，从而使得在p型QWIP中，空穴浓度和温度都将影响器件的响应光谱.所得结果合理地解释了实验中器件响应光谱随掺杂浓度和温度的变化. 关键词： p型量子阱红外探测器 响应光谱 空穴浓度 温度     

不同掺杂类型的GaN间隔层和量子阱垒层对双波长LED作用的研究

采用软件理论分析的方法对不同掺杂类型的GaN间隔层和量子阱垒层在InGaN/GaN多量子阱双波长发光二极管中对发光光强、内量子效率、电子空穴浓度分布、溢出电流等作用进行模拟分析. 分析结果表明,p型掺杂的GaN间隔层与量子阱垒层的引入同不掺杂和n型掺杂两种类型比较,可以大大减少溢出电子流,极大地提高各量子阱内空穴浓度,提高双波长发光二极管的发光强度,极大的改善内量子效率随电流增大而下降问题. 关键词： GaN 掺杂类型 数值模拟 双波长发光二极管     

外电场下应变量子阱中电子与空穴的本征态

考虑自发与压电极化引起的内建电场,自由电子-空穴气屏蔽效应和外加电场,基于常微分数值计算,自洽求解电子与空穴的薛定谔方程和泊松方程以获得基态能级。以典型的GaN/A lxGa1-xN纤锌矿氮化物应变量子阱为例,通过数值求解,得到电子与空穴的本征基态能和相应本征波函数。计算结果表明:沿量子阱生长方向所施加的外加电场将抵消阱中内建电场的作用,阱结构的弯曲程度略显平缓,使电子(空穴)本征波函数逆(顺)着外电场方向移动,且均向阱中心移动,波峰峰值增加,隧穿几率减小;在固定外电场情况下,电子与空穴基态能级随阱宽的增加而减小,随掺杂组分的增加而增加,表明外加电场对内建电场有所削弱以及量子限制作用对电子(空穴)基态能有显著的影响。     

pMOS器件直流应力负偏置温度不稳定性效应随器件基本参数变化的分析

应用负偏置温度不稳定性(negative bias temperature instability,NBTI),退化氢分子的漂移扩散模型,与器件二维数值模拟软件结合在一起进行计算,并利用已有的实验数据和基本器件物理和规律,分析直流应力NBTI效应随器件沟道长度、栅氧层厚度和掺杂浓度等基本参数的变化规律,是研究NBTI可靠性问题发生和发展机理变化的一种有效方法.分析结果显示,NBTI效应不受器件沟道长度变化的影响,而主要受到栅氧化层厚度变化的影响;栅氧化层厚度的减薄和栅氧化层电场增强的影响是一致的,决定了器件退化按指数规律变化;当沟道掺杂浓度提高,NBTI效应将减弱,这是因为器件沟道表面空穴浓度降低引起的;然而当掺杂浓度提高到器件的源漏泄漏电流很小时(小泄露电流器件),NBTI效应有明显的增强.这些结论对认识NBTI效应的发展规律以及对高性能器件的设计具有重要的指导意义.     

p型GaN/Al0.35Ga0.65N/GaN应变量子阱中二维空穴气的研究

对Ga面p型GaN/Al_0.35Ga_0.65N/GaN应变异质结构中形成的二维空穴气(2DHG)进行了研究.首先基于半导体-绝缘体-半导体异质结构模型确定了应变异质中的临界厚度，然后自洽求解薛定谔方程和泊松方程，计算了当中间势垒层AlGaN处于完全应变状态和半应变状态两种条件下，顶层GaN及中间层AlGaN厚度的变化对2DHG分布的影响.计算结果表明，势垒层AlGaN和顶层GaN的应变状态和厚度对极化引起的2DHG面密度及分布有重要影响.在此基础上制备了p型GaN/Al_0.35Ga_0.65N/GaN应变量子阱结构肖特基器件，并通过器件的C-V测试证实了异质结处2DHG的存在.器件响应光谱的测试结果表明，由于p型GaN/Al_0.35Ga_0.65N/GaN量子阱中强烈的极化作用和Stark效应使得器件零偏压和反向偏压时的响应光谱都向短波方向移动了10 nm，在零偏压下器件在280 nm处的峰值响应为0.022 A/W，在反向偏压为1 V时，峰值响应达到0.19 A/W，已经接近理论值. 关键词： AlGaN 二维空穴气 极化效应     

量子限制受主远红外电致发光器件的制备与测量

采用分子束外延技术生长GaAs/AlAs三量子阱,并在中间的GaAs阱中δ-掺杂浅受主杂质Be原子,制作出量子限制受主远红外Teraherz原型电致发光器件.实验上测量得到4.5 K时器件的电致发光谱（EL）和电传输特性（I-V曲线）.在EL发射谱中清楚地观察到222 cm^-1处宽的尖峰,这来源于Be受主奇宇称激发态到其基态的辐射跃迁,而非辐射弛豫过程则使发射谱的信号很弱.另外在I-V曲线中072和186 V的位置出现两个共振隧道贯穿现象,分别对应于中间δ-掺杂量子阱受主能级1s_3/2(Γ₆+Γ₇)到左边非掺GaAs量子阱中HH带,及右边非掺杂GaAs量子阱中HH重空穴带到中间掺杂GaAs量子阱中Be受主杂质原子奇宇称激发态2p_5/2(Γ₆+Γ₇)能级的共振隧穿. 关键词： 量子限制效应 电致发光 共振隧穿效应 δ-掺杂GaAs/AlAs三量子阱     

渐变型量子阱垒层厚度对GaN基双波长发光二极管发光特性调控的研究

采用软件理论分析的方法对渐变型量子阱垒层厚度的InGaN双波长发光二极(LED)的载流子浓度分布、 能带结构、自发发射谱、内量子效率、发光功率及溢出电子流等进行研究.分析结果表明, 增大量子阱垒层厚度会影响空穴在各量子阱的注入情况, 对双波长LED各量子阱中空穴浓度分布的 均衡性及双波长发光光谱的调控起到一定作用,但会导致内量子效率严重下降; 而当以特定的方式从n电极到p电极方向递减渐变量子阱垒层厚度时, 活性层量子阱的溢出电子流 得到有效的控制, 双发光峰强度达到基本一致, 同时芯片的内量子效率下降得到了有效控制, 且具备大驱动电流下较好的发光特性.     

磷化铟高电子迁移率晶体管外延结构材料抗电子辐照加固设计

为研究磷化铟高电子迁移率晶体管(InP HEMT)外延结构材料的抗电子辐照加固设计的效果,本文采用气态源分子束外延法制备了系列InP HEMT外延结构材料.针对不同外延结构材料开展了1.5 MeV电子束辐照试验,在辐照注量为2×10¹⁵ cm^-2条件下,并测试了InP HEMT外延结构材料二维电子气辐照前后的电学特性,获得了辐照前后不同外延结构InP HEMT材料二维电子气归一化浓度和电子迁移率随外延参数的变化规律,分析了InP HEMT二维电子气辐射损伤与Si-δ掺杂浓度、InGaAs沟道厚度和沟道In组分以及隔离层厚度等结构参数的关系.结果表明:Si-δ掺杂浓度越大,隔离层厚度较薄,InGaAs沟道厚度较大,沟道In组分低的InP HEMT外延结构二维电子气辐射损伤相对较低,具有更强的抗电子辐照能力.经分析原因如下:1)电子束与材料晶格发生能量传递,破坏晶格完整性,且在沟道异质界面引入辐射诱导缺陷,增加复合中心密度,散射增强导致二维电子气迁移率和浓度降低;2)高浓度Si-δ掺杂和薄隔离层有利于提高量子阱二维电子气浓度,降低二维电子气受辐射...     

N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟

通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,较系统地研究了GaN沟道层、AlGaN背势垒层、Si掺杂和AlN插入层对N极性GaN/AlGaN异质结中二维电子气(2DEG)的影响,分析表明,GaN沟道层厚度、AlGaN背势垒层厚度及Al组分变大都能一定程度上提高二维电子气面密度,AlGaN背势垒层的厚度和Al组分变大也可提高二维电子气限阈性,且不同的Si掺杂形式对二维电子气的影响也有差异,而AlN插入层在提高器件二维电子气面密度、限阈性等方面表现都较为突出,在模拟中GaN沟道层厚度小于5nm时无法形成二维电子气,超过20nm后二维电子气面密度趋于饱和,而AlGaN背势垒厚度超过40nm后二维电子气也有饱和趋势,对均匀掺杂和delta掺杂而言AlGaN背势垒层Si掺杂浓度超过5×10~(19)cm~(-3)后2DEG面密度开始饱和,而厚度为2nmAlN插入层的引入会使2DEG面密度从无AlN插入层时的0.93×10~(13)cm~(-2)提高到1.17×10~(13)cm~(-2)。     

掺杂浓度及掺杂层厚度对Si均匀掺杂的GaAs量子阱中电子态结构的影响

本文通过自洽地求解薛定鄂方程及泊松方程计算了在温度T=0, 有效质量近似下, Si均匀掺杂的GaAs/AlGaAs量子阱系统的电子态结构. 研究了掺杂浓度及掺杂层厚度对子带能量, 本征包络函数, 自洽势, 电子密度分布, 及费米能量的影响. 发现在给定掺杂浓度下, 子带能量随掺杂层厚度的增加单调递减, 自洽势的势阱变宽变浅, 电子密度分布变宽, 峰值变低; 在给定掺杂层厚度下, 随掺杂浓度的增加子带能量及费米能级单调递增, 自洽势阱变深变陡变窄, 电子密度分布的峰值变高, 集中在中心. 关键词： 掺杂 量子阱 电子结构 半导体GaAs     

基于量子限制的受主带间跃迁太赫兹探测器的制备与测量

使用分子束外延生长设备,在GaAs（100）衬底上生长了量子阱宽度为3 nm的GaAs/AlAs多量子阱样品,并在量子阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。根据量子限制受主从束缚态到非束缚态之间的跃迁,设计并制备了δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱太赫兹光探测器原型器件。在4.2 K温度下,分别对器件进行了太赫兹光电流谱和暗电流-电压曲线的测量。在6 V直流偏压下,空穴载流子沿量子阱层方向输运。当正入射激光频率为6.8 THz时,器件响应率为2×10^-4 V/W（2 μA/W）。通过器件的暗电流-电压曲线计算了器件全散粒噪声电流,在4.2 K、6 V直流偏压下,全散粒噪声电流为5.03 fA·Hz^-1/2。