近代薄膜物理研究

 由于薄膜具有许多重要的物理特性和实际应用,它已成为近代物理研究的一个重要分支.广义地讲,薄膜应包括汽态薄膜、液态薄膜和固态薄膜三大类.由于篇幅所限,本文简略地介绍固体薄膜的特点.制备方法及其应用.一、薄膜与大块材料的差异及其物理特性薄膜与大块材料相比有某些特有的性能,正是这种特殊性能,使它在技术上得到重要应用.     

低压下导线绝缘层着火先期征兆研究

导线绝缘层的过热以及由此发生的着火和燃烧是载人航天飞行器中引起火灾的主要原因.研究微重力下导线绝缘层的可燃性对于预防飞船中火灾的发生有重要意义.本文利用功能模拟的试验方法,研究了不同环境压力和导线通电电流下,导线线芯直径以及导线捆绑数量对绝缘层表面的平衡温度及升温速率的影响.研究结果为实践8号卫星搭载实验工况的选择提供了依据,同时对于导线绝缘层先期着火征兆研究有实际意义.     

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用有限元法对EAST装置磁体系统的高性能氦气密复合材料绝缘子性能作了全面的分析.结果表明:绝缘子可满足承受EAST装置耐电压15kV的使用要求;热应力对绝缘子的绝缘层影响最大,外力对绝缘层应力的影响可忽略;EAST复合材料绝缘子具有优良的低温力学性能.     

Josephson Current in f-Wave Superconductor/f-Wave Superconductor Junctions

We study the temperature T and the phase of the Josephson critical current I（Ф） by taking into account the roughness scattering effect at inerface in an f-wave superconductor （S）/Insulator layer （I）/f-wave superconductor （S） junction. It is found that the Josephson critical currents in f-wave Sir-wave S, the barrier strength and the roughness strength at inerface always suppress the Andreev reflection. When α=β, the phase dependence of the Josephson current I（Ф） between two f-wave S is predicted to be sin Ф; particularly, when a α≠ β, the phase dependence of the Josephson current I（Ф） between two f-wave superconductors is not predicted to be sin Ф and with the barrier strength increasing, the period of the I（Ф） turns decrease.     

超短沟道绝缘层上硅平面场效应晶体管中热载流子注入应力导致的退化对沟道长度的依赖性

随着场效应晶体管(MOSFET)器件尺寸的进一步缩小和器件新结构的引入, 学术界和工业界对器件中热载流子注入(hot carrier injections, HCI)所引起的可靠性问题日益关注. 本文研究了超短沟道长度(L=30–150 nm)绝缘层上硅(silicon on insulator, SOI)场效应晶体管在HCI应力下的电学性能退化机理. 研究结果表明, 在超短沟道情况下, HCI 应力导致的退化随着沟道长度变小而减轻. 通过研究不同栅长器件的恢复特性可以看出, 该现象是由于随着沟道长度的减小, HCI应力下偏压温度不稳定性效应所占比例变大而导致的. 此外, 本文关于SOI器件中HCI应力导致的退化和器件栅长关系的结果与最近报道的鳍式场效晶体管(FinFET)中的结果相反. 因此, 在超短沟道情况下, SOI平面MOSFET器件有可能具有比FinFET器件更好的HCI可靠性.     

硅基热光、电光、全光开关及其阵列的研究进展*

光开关在实现高速信息互连中扮演着重要的角色,受到人们的广泛关注.随着器件结构的不断创新以及半导体加工技术的不断改进,光开关的发展趋向于低功耗、高速和易集成等特点.文章介绍了功耗仅为540mW的热光开关,响应时间为4ns的电光开关和响应时间为25ps的全光开关,重点分析了这三种开关中存在的问题,并提出了解决方法,同时还探讨了开关在阵列化时应考虑的主要问题.     

绝缘层方势垒影响下N-I-d波超导体结的隧道谱

以方势垒描述N-I-d波超导体结中绝缘层对准粒子输运的影响,通过求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,利用Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论,计算了N-I-d波超导体结的隧道谱.研究表明:(1)绝缘层厚度在不同纳米量级下的隧道谱形状各异,即便其厚度处在同一纳米量级上,彼此间仅相差零点几个纳米,电会导致微分电导随偏压的变化关系迥异,这为解释高Tc氧化物超导体的相关实验现象提供了更多的可能性;(2)粒子的入射角和绝缘层的势垒值对零偏压电导峰有显著影响.     

二氧化硅栅绝缘层的制备与表面修饰

研究了有机薄膜晶体管的二氧化硅栅绝缘层的性质。二氧化硅绝缘层的制备采用热生长法，氧化气氛是O₂(g)+H₂O(g)，工艺为干氧-湿氧-干氧的氧化过程。制得的绝缘层漏电流在10^-9 A左右。以该二氧化硅作为有机薄膜晶体管的栅绝缘层，并五苯作为有源层制作了有机薄膜晶体管器件。实验表明采用十八烷基三氯硅烷(OTS)进行表面修饰的器件具有OTS/SiO₂双绝缘层结构，可以有效地降低SiO₂栅绝缘层的表面能并改善表面的平整度。修饰后器件的场效应迁移率提高了1.5倍、漏电流从10^-9 A降到10^-10 A、阈值电压降低了5 V、开关电流比从10⁴增加到10⁵。结果显示具有OTS/SiO₂双绝缘层的器件结构能有效改进有机薄膜晶体管的性能。     

Al2O3绝缘层的AlGaN/GaN MOSHEMT器件研究

在研制AlGaN/GaN HEMT器件的基础上,采用ALD法制备了Al2O3 AlGaN/GaN MOSHEMT器件.通过X射线光电子能谱测试表明在AlGaN/GaN异质结材料上成功淀积了Al2O3薄膜.根据对HEMT和MOSHEMT器件肖特基电容、器件输出以及转移特性的测试进行分析发现:所制备的Al2O3,薄膜与AlGaN外延层间界面态密度较小,因而MOSHEMT器件呈现出较好的栅控性能;其次,该器件的栅压可以加至 3 V,此时的最大饱和电流达到800 mA/mm,远远高于肖特基栅HEMT器件的最大输出电流;而且栅漏反偏状态下的泄漏电流却减小了两个数量级,提高了器件的击穿电压,通过进一步分析认为泄漏电流主要来源于Fowler-Nordheim隧穿.     

Ta2O5-PMMA复合栅绝缘层对OFETs性能的影响

选用五氧化二钽（Ta₂O₅）-聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合材料作为栅绝缘层制备了并五苯有机场效应晶体管（OFETs）。通过在Ta₂O₅表面旋涂一层PMMA可以降低栅绝缘层的表面粗糙度,增大其场效应晶体管的迁移率。研究了厚度在20~60 nm范围内的PMMA对复合绝缘层表面形貌、粗糙度以及器件电学性能的影响。结果表明,当PMMA厚度为40 nm时,器件的电学性能最佳。与单一的Ta₂O₅栅绝缘层器件相比,其场效迁移率由4.2×10^-2 cm²/（V·s）提高到0.31 cm²/（V·s）;栅电压增加到-20 V时,开关电流比由2.9×10²增大到2.9×10⁵。