肖特基势垒形成的研究

金属-半导体接触的整流性质是一个古老的固体物理问题.它的发现可追溯到1874年Braun对金属-硫化铜接触的导电性质的研究.Schottky(肖特基)最早系统地研究了金属-半导体接触,他指出,接触的整流性质是来自接触附近半导体内形成的势垒.后来,人们常把金属-半导体接触形成的势垒称为肖特基势垒. 关于肖特基势垒形成的理论,最早由Scho-ttky,Mott等人提出.1947年 Bardeen把半导体表面电子态的概念引入这个理论中.从此这个传统的理论被学术界广泛地接受,成为半导体物理教科书的重要内容[1].由于表面电子态是固体物理学中一个非常重要的课题,以及门…     

金属-氧化物-半导体器件γ辐照温度效应

研究了金属-氧化物-半导体(MOS)器件在γ射线辐照条件下的温度效应.采用加固的CC4007进 行辐照实验,在不同温度、不同偏压,以及不同退火条件下对MOS器件的辐照效应进行了比 较,发现温度对辐照效应的影响主要是决定界面态建立的快慢.高温下辐照的器件,界面态 建立的时间缩短.根据实验结果对器件阈值电压漂移的机理进行了探讨. 关键词： 金属-氧化物-半导体场效应 辐射效应 阈值电压漂移     

GaAs-绝缘薄膜界面和金属-绝缘薄膜-半导体(MIS)结的特性

对Si-SiO2系统广泛而深入的研究和器件的平面技术的发展,导致了Si金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSPET)及其集成电路(IC)的辉煌成就.GaAs的电子迁移率比Si高五倍多,预期GaAs金属-绝缘薄膜-半导体场效应晶体管(MISFET)可工作于更高频率,其IC可应用于更高速度.以往十多年,对GaAs-绝缘薄膜界面和MIS结的特性进行了研究(见文献[1]),取得了一定成果,但因研究对象相当复杂,还未能在FET及其IC方面取得突破.与此同时,对GaAs的金属-半导体(M-S)界面和结的特性也进行了研究,目前已在一系列GaAs微波器件包括金属-半导体接触场效应…     

集成电路中的物理问题讲座 第五讲 金属-半导体接触的电流机制

在金属-半导体界面附近一般存在势垒,称为肖特基势垒.基于这一结构的二极管称为肖特基势垒二极管或肖特基二极管. 由于肖特基二极管较p-n结有更低的正向压降,所以在双极型集成电路中用它作限饱和二极管,以显著提高电路的速度.金属半导体接触也是金属-半导体场效应晶体管(MES-FET)及有关集成电路的基础。金属-半导体欧姆接触则广泛用于形成低阻接触. 关于金属-半导体接触界面势垒的形成问题,在本刊 11卷(1982)8期中陈克铭已经作了介绍,这里不再重复.本文着重讨论金属-半导体接触的电流. 金属-半导体接触的电流通常由多数载流子越过势垒形…     

MSM光探测器瞬态特性的二维分析及优化设计

应用有限差分方法对金属-半导体-金属光探测器进行二维分析，全部数值模拟工作都是基于半导体物理的基本微分方程完成的.结合模拟结果对金属-半导体-金属光探测器的瞬态响应进行了分析，以特性分析结果为基础针对探测器的响应速度和响应率等性能指标进行了二维结构上的优化设计.     

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.     

集成电路中的物理问题讲座——第八讲 MOS物理基础

金属-氧化物-半导体(MOS)系统,它不仅作为金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)在超大规模集成电路中占有主导地位,而且也是半导体器件、材料和工艺方面的重要研究手段之一.故对它的研究日益发展、深入.本文仅从集成电路的角度出发,着重介绍与MOS系统电学特性有关的基础知识,而未涉及工艺制造问题. 一、半导体表面空间电荷区[1-3] 表面势的存在,由于自由载流子数目偏离平衡值,将使表面层中形成非电中性区,即表面空间电荷区.这里面的载流子分布、电位分布均与体内不同,呈现一系列的表面物理效应.1.平衡态、载流子非简并 这是一种最简…     

金属导体中电子的惯性效应

1897年,J.Thomson从阴极射线实验中发现了电子[1],这是人们对自然界认识的第一颗基本粒子.近一世纪来,人们竞相对电子的质量、电量、形状大小及物质中电子的行为等等进行了很多的研究.对金属导体中电子惯性效应的研究仅仅是这许多研究中的一个方面,这一研究对于人们认识金属导体中电子的行为、电子的荷质比、物质结构等方面有极其重要的意义.一、Nichols对圆盘中电子惯性效应的研究 K.F.Nichols首先对金属导体中电子的惯性效应进行了研究.他设想一金属导体圆盘以恒定角速度绕过盘心且垂直于盘面的轴线转动,在惯性离心力的作用下,盘中电子…     

克里青（Klitzing，Klaus Von，1943-）德国物理学家（Physicist，Germany）

霍耳效应是一种电磁效应。将通有电流的导体或半导体置于与电流方向垂直的磁场中，在垂直于电流和磁场的方向上会产生一横向电场。从霍耳系数的正负和大小可以判断载流子的类型和浓度。霍耳系数与载流子的浓度成反比，半导体的霍耳系数比金属大得多。1980年，克里青发现了量子霍耳效应。他在研究处于超强磁场和超低温度之下硅的金属一氧化物-半导体场效应管的霍耳效应时，观测到霍耳电阻随外加磁场的变化曲线上出现多个平台，其电阻值与半导体材料的种类、器件制造和结构无关，而是取普适值，通过基本物理常量表示为h／ie^2.     

N型槽栅金属-氧化物-半导体场效应晶体管抗热载流子效应的研究

用二维器件仿真软件MEDICI模拟分析了N型槽栅金属-氧化物-半导体场效应晶体管的热载流 子特性及其对器件性能所造成的损伤,并与相应常规平面器件进行了比较,同时用器件内部 物理量的分布对造成两种结构器件特性不同的原因进行了解释.结果表明槽栅器件对热载流 子效应有明显的抑制作用,但槽栅器件对热载流子损伤的反应较平面器件敏感. 关键词： 槽栅MOSFET 热载流子效应 界面态 特性退化     

MSM结构Mg0.2Zn0.8O可见盲光电探测器

采用射频磁控溅射,通过传统的紫外曝光和湿法腐蚀的方法,制备了不同电极间距的金属-半导体-金属(MSM)结构Mg0.2Zn0.8O可见盲光电探测器.研究了器件的暗电流和响应度随电极间距的变化关系,当施加的电压没有达到贯穿电压的时候,暗电流和响应度均随着电极间距的增加而减小,并对其具体的机制进行了研究.     

点接触金属/Pr0.7Ca0.3MnO3/Pt结构稳定的低电流电阻开关特性

利用自主开发的导电原子力显微镜控制Pt,W探针构成点接触金属/Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)/Pt三明治结构,对其电流-电压(I-V)及脉冲诱导电阻开关(EPIR)特性进行了研究.研究发现,在10 nA限流下两种电极对应结构的I-V都表现出相当稳定的双极性电阻开关特性,以及大于100的电阻开关比.进一步测试发现,点接触W/PCMO/Pt器件具有在10 nA限流下稳定的EPIR特性以及100 pA限流下重复的双极性电阻开关特性.此电流比已报道的电流低3个数量级,表明此结构在低功耗存储器件方面的潜在应用.通过对比样品不同位置、不同限流、不同接触面积点接触Pt/PCMO/Pt的I-V回滞特性,把点接触器件在低电流下稳定、显著的电阻开关效应归结于小的器件面积导致强的局域电场加强了O离子迁移效应.     

利用超导量子电路模拟拓扑量子材料

近年来,探索新的拓扑量子材料、研究拓扑材料的新奇物理性质成为凝聚态物理领域的一个热点.但是,由于合成、测量等手段的限制,人们难以在真实材料中实现和观测很多理论预言的材料及其物理性质,促使量子模拟日益成为研究量子多体系统的一个重要手段.作为全固态器件,超导量子电路是一个在扩展性、集成性、调控性上都具有巨大优势的人工量子系统,是实现量子模拟的重要方案.本文总结了利用超导量子电路对时间-空间反演对称性保护的拓扑半金属、Hopf-link半金属和Maxwell半金属等拓扑材料的量子模拟,显示出超导量子电路在模拟凝聚态物理系统方面具有广阔前景.     

半导体器件

一、引 言 所有半导体器件就其用途来说有两类.一类是用于研究某些基本的物理参量.例如金属-绝缘体-半导体二极管,其主要用途是研究半导体表面的性质和钝化技术的性质及效果.又如热电子晶体管可用于研究热电子寿命和载流子通过薄膜时的输运性质.另一类则是应用于实际的电子线路.在生产实践和科学实验中这一类是主要的、大量的.我们可以把半导体器件按其作用性质归为如下四大类.1.双极型器件 这一类器件的主要特点是有两种不同极性的载流子(电子和空穴)参与电荷的输运过程.器件中含有一个或多个p—n结.器件的一些特性主要由少数载流子的输运…     

高温对MOSFET ESD防护器件维持特性的影响

静电放电(electro-static discharge, ESD)防护结构的维持电压是决定器件抗闩锁性能的关键参数,但ESD器件参数的热致变化使得防护器件在高温环境中有闩锁风险.本文研究了ESD防护结构N沟道金属-氧化物-半导体(N-channel metal oxide semiconductor, NMOS)在30—195℃的工作温度下的维持特性.研究基于0.18μm部分耗尽绝缘体上硅工艺下制备的NMOS器件展开.在不同的工作温度下,使用传输线脉冲测试系统测试器件的ESD特性.实验结果表明,随着温度的升高,器件的维持电压降低.通过半导体工艺及器件模拟工具进行二维建模及仿真,提取并分析不同温度下器件的电势、电流密度、静电场、载流子注入浓度等物理参数的分布差异.通过研究以上影响维持电压的关键参数随温度的变化规律,对维持电压温度特性的内在作用机制进行了详细讨论,并提出了改善维持电压温度特性的方法.     

点接触金属/Pr$lt;sub$gt;0.7$lt;/sub$gt;Ca$lt;sub$gt;0.3$lt;/sub$gt;MnO$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;/Pt结构稳定的低电流电阻开关特性

利用自主开发的导电原子力显微镜控制Pt,W探针构成点接触金属/Pr_0.7Ca_0.3MnO₃（PCMO）/Pt三明治结构,对其电流-电压（I-V）及脉冲诱导电阻开关（EPIR）特性进行了研究.研究发现,在10 nA限流下两种电极对应结构的I-V都表现出相当稳定的双极性电阻开关特性,以及大于100的电阻开关比.进一步测试发现,点接触W/PCMO/Pt器件具有在10 nA限流下稳定的EPIR特性以及100 pA限流下重复的双极性电阻开关特性.此电流比已报道的电流低3个数量级,表明此结构在低功耗存储器件方面的潜在应用.通过对比样品不同位置、不同限流、不同接触面积点接触Pt/PCMO/Pt的I-V回滞特性,把点接触器件在低电流下稳定、显著的电阻开关效应归结于小的器件面积导致强的局域电场加强了O离子迁移效应. 关键词： 脉冲诱导电阻开关 电场下氧离子迁移 电阻开关     

PIN限幅器电磁脉冲效应数值模拟与验证

基于电磁脉冲对半导体器件效应的电-热多物理场模型,利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了PIN限幅器电磁脉冲效应数值模型,研究了不同峰值功率的电磁脉冲作用下限幅器的输入/输出特性,以及大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系。模拟与实验结果表明:基于器件热效应影响载流子输运过程的电-热多物理模场型,模拟限幅器在大功率电磁脉冲注入下输入/输出功率的结果与实验结果吻合较好;模拟大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系式,与Wunsch-Bell半经验关系式符合较好。     

拓扑半金属-超导体异质结的约瑟夫森效应

拓扑半金属是一类受对称性保护的无能隙量子材料.因其相对论性能带色散关系,拓扑半金属中涌现出丰富的量子态和量子效应,例如费米弧表面态和手征反常.近年来,因在拓扑量子计算的潜在应用,拓扑与超导的耦合体系受到广泛关注.本文从两方面回顾拓扑半金属-超导体异质结体系近年来的实验进展:1)超导电流对拓扑量子态的模式过滤; 2)拓扑超导和Majorana零能模的探测与调控.对于前者,利用约瑟夫森电流对电磁场的响应,拓扑半金属中费米弧表面态的弹道输运被揭示,高阶拓扑半金属相被证实,有限动量配对及超导二极管效应被实现.对于后者,通过交流约瑟夫森效应,狄拉克半金属中4π周期的拓扑超导态被发现,纯电学栅压调控的拓扑相变被实现.本文最后展望了拓扑半金属-超导体异质结体系的发展前景和在Majorana零能模编织和拓扑量子计算上的潜在应用.     

基于表面等离子体共振增强的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计研究

金属-半导体-金属光电探测器的光栅结构可激发表面等离子体, 有效增强探测器的吸收. 为深入研究器件结构对于表面等离子体的激发及共振增强的影响, 本文提出了一种具有超薄有源层的硅基锗金属-半导体-金属光电探测器的设计方法. 采用时域有限差分的方法详细分析了光栅周期、光栅厚度、 光栅间距及有源层厚度对于表面等离子体共振增强器件性能的影响, 通过仿真模拟获得了器件的最佳结构, 详细地分析了各个界面激发的表面等离子体及其共振模式对于光谱吸收增强的机理. 仿真结果表明, 有源层锗的厚度为400nm的超薄器件在通信波段具有较高的吸收, 尤其在1550nm波长处器件的归一化的光谱吸收率可以高达53.77%, 增强因子达7.22倍. 利用共振效应能够极大地提高高速器件的光电响应, 为解决光电探测器响应度与响应速度之间的相互制约关系提供了有效途径. 关键词： 表面等离子体 锗探测器 时域有限差分仿真     

物理型硬件木马失效机理及检测方法

对两种物理型硬件木马造成芯片退化或失效的机理进行了详细分析. 通过使用ATLAS 二维器件仿真系统并结合SmartSpice电路逻辑仿真器, 模拟了两种物理型硬件木马对反相器逻辑电路输出特性的影响. 使用ATHENA工艺仿真系统模拟了掺杂离子注入工艺过程, 实现了掺杂型硬件木马的金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)器件; 使用热载流子注入退化模型对ATLAS 仿真器件进行热载流子压力测试, 以模拟热载流子注入型硬件木马注入MOSFET器件并造成器件退化失效的过程, 分别将上述掺杂型硬件木马和热载流子注入型硬件木马的MOSFET器件与另一个正常MOSFET器件组成同样的反相器逻辑电路. 反相器使用Spice 逻辑电路仿真输出DC直流、AC瞬态传输特性以研究物理型硬件木马对电路输出特性的影响. 为了研究MOSFET器件的物理特性本身对硬件木马的影响, 在不同温度不同宽长比(W/L)下同样对反相器进行Spice电路逻辑输出仿真. 本文分析了离子掺杂工艺、热载流子注入压力测试形成的物理型硬件木马随压力强度、温度的变化对逻辑电路输出特性的影响. 通过结果对比分析得出了含有物理型硬件木马的逻辑电路在DC直流输出特性上的扰动比AC瞬态传输特性更明显的结论. 因此, 本文提出了一种针对物理型硬件木马的检测流程. 同时, 该检测流程是一种具有可操作性的检测物理型硬件木马的方法.