栅极天线和NMOS耦合的CMOS太赫兹热探测器的设计与测试

设计了一种在室温工作的太赫兹热探测器.探测器由片上天线和温度传感器耦合而成.天线由NMOS温度传感器的栅极组成,吸收入射的太赫兹波将其转化为焦耳热,生成的热量引起的温度变化由温度传感器探测.整个探测器的探测过程分为电磁辐射吸收、波-热转换、热-电转换三个过程,并分别进行了建模分析,仿真得到天线吸收率为0.897,热转换效率为165K/W,热电转换效率为1.77mV/K.探测器基于CMOS 0.18μm工艺设计,工艺处理后将硅衬底打薄至300μm.探测器在3THz太赫兹环境下,入射功率为1mW时,电压响应率仿真值为262mV/W,测试值为148.83mV/W.     

氮化镓基感光栅极高电子迁移率晶体管器件设计与制备

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)作为栅控器件,具有AlGaN/GaN异质结处高浓度的二维电子气(2DEG)及对表面态敏感等特性,在栅位置处与感光功能薄膜的结合是光探测器领域重要的研究方向之一.本文首先提出在GaN基HEMT栅电极上引入光敏材料锆钛酸铅(PZT),将具有光伏效应的铁电薄膜PZT与HEMT栅极结合,提出一种新的"金属/铁电薄膜/金属/半导体(M/F/M/S)"结构;然后在以蓝宝石为衬底的AlGaN/GaN外延片上制备感光栅极HEMT器件.最后,通过PZT的光伏效应来调控沟道中的载流子浓度和通过源漏电流的变化来实现对可见光和紫外光的探测.在365 nm紫外光和普通可见光条件下,对比测试有/无感光栅极的HEMT器件,在较小V_(gs)电压时,可见光下测得前者较后者的饱和漏源电流I_(ds)的增幅不下降,紫外光下前者较后者的I_(ds)增幅大5.2 mA,由此可知,感光栅PZT在可见光及紫外光下可作用于栅极GaN基HEMT器件并可调控沟道电流.     

脉冲功率应用的IGBT快速驱动电路

根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性，研究设计了一种应用于脉冲功率系统的开关驱动电路，实现了IGBT的快速开通。阐述了驱动电路的原理，设计了基于平面变压器的驱动电路，在驱动芯片基础上为栅极提供幅值为60 V脉冲电压，提高开关速度。最后使用Blumlein双线结构对驱动电路的性能进行了实验验证。应用这种驱动方式，提高了集电极电流上升速率。实验结果表明，在1000 V的工作电压下，通过IGBT的脉冲电流达到了470.53 A，脉冲前沿为40 ns，di/dt达到9.41 A/ns，相比数据手册提供的数据，该电流上升速度提高了7.53倍，实现了对IGBT的快速驱动。     

一种考虑IGBT基区载流子注入条件的物理模型

提出了一种考虑绝缘栅极双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT) 基区载流子不同注入条件的物理模型. 在小注入和大注入情况下,分别建立描述IGBT基区载流子运动的输运方程(ambipolar transport equation,ATE),并确定边界条件. 采用傅里叶级数法求解载流子输运方程,并将计算结果分别与IGBT手册提供的实验数据和Hefner模型计算结果相比较,验证了本文提出物理模型的正确性. 关键词： 绝缘栅极双极晶体管 物理模型 注入条件 双极输运方程     

场发射栅孔阵列的制备

 采用硅的局部氧化技术以及湿法刻蚀技术，利用2.6 μm的光刻掩模板在n型硅片上形成了栅极孔径为1 μm的场发射阴极的栅极空腔阵列，实现了用大阵点尺寸的栅极掩模板制备较小尺寸栅孔阵列。硅的湿法刻蚀溶液采用各向同性的硝酸和氢氟酸混合溶液，刻蚀后空腔的深度和宽度均随刻蚀时间线性增加。同时，由于刻蚀溶液具有较高的Si/SiO₂ 刻蚀选择比，栅极孔径随刻蚀时间增大的速度远低于深度和宽度增大的速度，栅极孔径主要取决于掩模的尺寸和氧化层的厚度。通过选择掩模板的尺寸以及氧化层的厚度，采用局部氧化技术和湿法刻蚀技术能够制备出微米或亚微米的场发射阴极的栅极空腔阵列。     

Investigation of strain effect on the hole mobility in GOI tri-gate pFETs including quantum confinement

The strain impact on hole mobility in the GOI tri-gate pFETs is investigated by simulating the strained Ge with quantum confinement from band structure to electro-static distribution as well as the effective mobility. Lattice mismatch strain induced by HfO2 warps and reshapes the valence subbands, and reduces the hole effective masses. The maximum value of hole density is observed near the top comers of the channel. The hole density is decreased by the lattice mismatch strain. The phonon scattering rate is degraded by strain, which results in higher hole mobility.     

Impact of CHFa Plasma Treatment on A1GaN/GaN HEMTs Identified by Low-Temperature Measurement

We investigate the impact of CHFa plasma treatment on the performance of AIGaN/GaN HEMT （F-HEMT） by a temperature-dependent measurement in the thermal range from 6 K to 295 K. Tlle temperature dependence of the transconductance characteristics in F-HEMT declares that the Coulomb scattering and the optical phonon scattering are effectively enhanced by the fluorine ions in the A1GaN layer. The fluorine ions not only provide immobile negative charges to deplete 2DEG, but also enhance the Schottky barrier height of the metal gate. Thermal activation of the carrier traps induced by CHF3 plasma for F-HEMT contributes to the negative shift of the threshold voltage by -3.4mV/℃ with the increasing temperature. The reverse gate-leakage current of F-HEMT is decreased by more than two-order magnitude in comparison with that of conventional A1GaN/GaN HEMT （C-HEMT） without fluorine ions.     

一种平行背栅极碳纳米管阵列的场增强因子计算

建立一种平行背栅极碳纳米管阵列阴极,基于电场叠加原理,利用镜像电荷法对其进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场增强因子。在此基础上,进一步分析器件各类参数对电场增强因子的影响。分析表明,碳纳米管阵列阴极具有最佳阵列密度,其对应碳纳米管间距大约为碳纳米管高度的两倍,靠阴极阵列边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大。除了碳纳米管的长径比之外,栅极宽度、栅极厚度和栅极间距等也对电场增强因子有一定的影响:栅极越宽,场增强因子越大;而栅极厚度、栅极间距越大,场增强因子就越小。     

具有阻挡层的H等离子体处理增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT研究

采用H等离子体处理p-GaN盖帽层来制备p-GaN栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).在p-Ga N层表面上先沉积2 nm的Al₂O₃薄膜,以减少H等离子体注入p-GaN时对表面造成的损伤.经研究表明沉积Al₂O₃阻挡层的器件栅极反向泄漏电流降低了一个数量级,开关比提高了约3倍.由于栅极泄露电流的减小,关态击穿电压从410 V提高到780 V.针对栅极反向泄漏减小的现象,进行了变温IG-VG测试,验证了栅极反向泄漏电流的主导机制是二维变程跳跃(Two-dimensional variable range hopping,2D-VRH)模型.分析了减小栅极反向电流的原因是由于Al₂O₃阻挡层改变了HR-Ga N的表面态,使陷阱能级的活化能升高.此外,器件动态特性也表现出更稳定的趋势,这是Al₂O₃薄膜阻挡过多的H等离子体的注入,使AlGaN势垒和沟道陷阱态数量减少,电流崩塌效应减弱.     

PECVD分层结构对提高氢化非晶硅TFT迁移率的影响

为了进一步提高氢化非晶硅薄膜晶体管 (a-Si:H TFT) 的场效应电子迁移率, 研究了批量生产条件下对欧姆接触层和栅极绝缘层进行多层 制备, 不同的工艺参数对a-Si:H TFT场效应电子迁移率的影响. 研究表明随着对欧姆接触层 (n⁺层) 分层数的增加, 以及低速生长的栅极绝缘层 (GL层) 和高速生长的栅极绝缘层 (GH 层) 厚度比值提高, a-Si:H TFT的场效应迁移率得到提升. 当n⁺层分层数达到 3层, GL层和GH层厚度比值为4:11 时, 器件的场效应电子迁移率达到0.66 cm²/V·s, 比传统工艺提高了约一倍, 显著改善了a-Si:H TFT 的电学特性, 并在量产线上得到了验证. 关键词： 非晶硅薄膜晶体管 电子迁移率 欧姆接触层 栅极绝缘层