Si微电阻桥温度分布与热传导特性的显微Raman光谱研究

采用显微Raman光谱方法对红外目标模拟器中重掺杂Si微电阻桥单元的热传导特性进行研究，根据Si桥的实际特性建立相应的Raman散射模型，通过测量Raman峰位的移动得到高功率激光辐照下测量点的温度.对Si桥桥面分别进行了沿某些特殊线段的逐点线扫描和覆盖全部桥面的面扫描，得到各点的温升及其分布.用基于有限元分析的软件结合Si桥结构参数对各测量点的温升进行了模拟计算，其结果在热导分布的基本趋势上与实验相一致.实验细致地揭示了热导分布的局域起伏，反映出实际器件的不均匀性，为改进器件设计、优化器件性能提供了实验依据. 关键词： Raman光谱 Si桥 温度分布 热导     

基于Alq3的有机发光二极管的磁电导效应

制备了结构为 ITO/CuPc/NPB/Alq₃/LiF/Al 的有机发光二极管,并在300,260,220和180 K 四个温度测量了器件在恒压偏置下注入电流的磁场效应(磁电导效应).在注入电流从双极电流过渡到单极电流的过程中,随电流减小,器件的磁电导呈现先上升后下降的变化趋势.当温度降低,磁电导的值下降.但在任何测量条件下,器件的磁电导始终为正,没有出现如文献报道的磁电导从正到负的变化.实验结果表明,有机发光二极管中正负磁电导现象的产生,并非仅取决于注入电流是单极电流还是双极电流,它还与有机材料、器件结构等密切相关.利用受磁场调控的“电子-空穴对”机理与“双极化子”模型,分别解释了器件双极电流和单极电流的正磁电导效应. 关键词： 有机发光二极管 磁电导 双极化子     

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.     

CMOS电路低温特性及其仿真

本文采用0.25微米工艺制备了CMOS器件和电路,通过对300K、77K和4K温度下器件和电路特性的测量,研究了工作温度降低对CMOS电路特性的影响.通过讨论MOSFET器件和互连线主要特性参数随温度的变化情况,修改了常温CMOS BSIM3模型以及互连线参数,建立了77K、4K温度下的低温电路仿真模型.利用上述新建立的低温电路仿真模型对CMOS电路进行仿真,并将仿真结果与实际测量结果比较,获得了比较一致的结果.研究表明在4K温度下CMOS电路的工作性能大约有50%到60%的改善.     

4H-SiC pn结型二极管击穿特性中隧穿效应影响的模拟研究

基于4H-SiC材料特性，建立了4H-SiC pn结型二极管的击穿模型.该模型在碳化硅器件中引入 雪崩倍增效应和隧穿效应.利用该模型，分析了隧穿效应对器件击穿特性的影响；解释了不 同的温度和掺杂条件下，器件的击穿机理.该模型较好地反映了实际器件的击穿特性. 关键词： 4H-SiC 二极管 击穿特性 隧穿效应 碰撞离化 模型     

Al2O3绝缘栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件温度特性研究

采用原子层淀积(ALD)实现了10nm Al₂O₃为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT). 通过对MOS-HEMT器件和传统MES-HEMT器件室温特性的对比,验证了新型MOS-HEMT器件饱和电流和泄漏电流的优势. 通过分析MOS-HEMT器件在30—180℃之间特性的变化规律,与国内报道的传统MES-HEMT器件随温度退化程度对比,得出了器件饱和电流和跨导的退化主要是由于输运特性退化造成的,证明栅介质减小了引 关键词： 原子层淀积 AlGaN/GaN MOS-HEMT器件 温度特性     

应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET阈值电压模型研究

在绝缘层附着硅(SOI)结构的Si膜上生长SiGe合金制作具有SiGe量子阱沟道的SOI p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)，该器件不仅具有SOI结构的优点，而且因量子阱中载流子迁移率高，所以进一步提高了器件的性能.在分析常规的Si SOI MOSFET基础上，建立了应变SiGe SOI 量子阱沟道PMOSFET的阈值电压模型和电流-电压(I-V)特性模型，利用Matlab对该结构器件的I-V特性、跨导及漏导特性进行了模拟分析，且与常规结构的器件作了对比.模拟结果表明，应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET的性能均比常规结构的器件有大幅度提高. 关键词： 应变SiGe SOI MOSFET 阈值电压 模型     

基区Ge组分分布对SiGe HBTs热学特性的影响

基区Ge组分的加入可以改善SiGe HBT的直流特性、 频率特性和噪声特性, 但Ge组分及其分布对HBT热学特性的影响报道还很少. 本文利用SILVACO半导体器件仿真工具, 建立了多指SiGe HBT模型, 对基区具有不同Ge组分梯度结构的SiGe HBTs的热学特性和电学特性的热稳定性进行了研究. 研究发现, 在Ge组分总量一定的条件下, 随着Ge组分梯度的增大, 器件的特征频率明显提高, 增益β和特征频率f_T随温度变化变弱, 器件温度分布的均匀性变好, 但增益变小; 而基区均匀Ge组分(Ge组分梯度为零) 的HBT的增益较大, 但随温度的变化较大, 器件温度分布的均匀性也较差. 在此基础上, 将基区Ge组分均匀分布和Ge组分缓变分布相结合, 提出了兼顾器件热学特性、 增益特性和频率特性的新型基区Ge组分分布- 分段分布结构. 结果表明, 相比于基区Ge组分均匀分布的器件, 新器件温度明显降低; β和f_T保持了较高的值, 且随温度的变化也较小, 显示了新结构器件的优越性. 这些结果对HBT的热学设计具有重要的参考意义, 是对SiGe HBT性能研究的一个补充.     

具有纵向漏极场板的低导通电阻绝缘体上硅横向双扩散金属氧化物半导体器件新结构

为降低绝缘体上硅(SOI)横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件的导通电阻,同时提高器件击穿电压,提出了一种具有纵向漏极场板的低导通电阻槽栅槽漏SOI-LDMOS器件新结构.该结构特征为采用了槽栅槽漏结构,在纵向上扩展了电流传导区域,在横向上缩短了电流传导路径,降低了器件导通电阻;漏端采用了纵向漏极场板,该场板对漏端下方的电场进行了调制,从而减弱了漏极末端的高电场,提高了器件的击穿电压.利用二维数值仿真软件MEDICI对新结构与具有相同器件尺寸的传统SOI结构、槽栅SOI结构、槽栅槽漏SOI结构进行了比较.结果表明:在保证各自最高优值的条件下,与这三种结构相比,新结构的比导通电阻分别降低了53%,23%和提高了87%,击穿电压则分别提高了4%、降低了9%、提高了45%.比较四种结构的优值,具有纵向漏极场板的槽栅槽漏SOI结构优值最高,这表明在四种结构中新结构保持了较低导通电阻,同时又具有较高的击穿电压.     

扰动对有机磁体器件自旋极化输运特性的影响

基于紧束缚模型和格林函数方法,研究了有机磁体晶格扰动和侧基自旋取向扰动对金属/有机磁体/金属三明治结构有机自旋器件自旋极化输运特性的影响.计算结果表明:晶格扰动的存在降低了器件的起始偏压,减小了导通电流,并使得电流-电压曲线的量子台阶效应不再显著,扰动不太强时电流仍呈现较高的自旋极化率;而侧基自旋取向扰动减小了体系的自旋劈裂,增加了器件的起始偏压,低偏压下随着扰动的增强器件电流及其自旋极化率明显降低.进一步模拟了温度对器件自旋极化输运的影响. 关键词： 有机自旋电子学 有机磁体 自旋极化输运 自旋过滤     

N型4H-SiC同质外延生长

利用水平式低压热壁CVD (LP-HW-CVD) 生长系统,台阶控制生长和衬底旋转等优化技术,在偏晶向的4H-SiC Si(0001) 晶面衬底上进行4H-SiC同质外延生长,生长温度和压力分别为1550℃和10⁴ Pa,用高纯N₂作为n型掺杂剂的4H-SiC原位掺杂技术,生长速率控制在5μm/h左右.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),傅里叶变换红外光谱(FTIR)和Hg/4H-SiC肖特基结构对同质外延表面形貌、厚度、掺杂浓度以及均匀性进行了测试.实验结果表明,4H-SiC同质外延在表面无明显缺陷,厚度均匀性1.74%, 1.99% 和1.32%(σ/mean),掺杂浓度均匀性为3.37%,2.39%和2.01%.同种工艺条件下,样品间的厚度和掺杂浓度误差为1.54%和3.63%,有很好的工艺可靠性. 关键词： 4H-SiC 同质外延生长 水平热壁CVD 均匀性     

强激光照射对2H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一原理赝势法, 计算了纤锌矿结构2H-SiC晶体在强激光照射下的电子特性, 分析了其能带结构和电子态分布. 计算结果表明: 2H-SiC平衡晶格参数a 和c随电子温度T_e的升高逐渐增大; 电子温度在0–2.25 eV范围内时, 2H-SiC仍然是间接带隙的半导体晶体, 当T_e超过2.25 eV达到2.5 eV以上时, 2H-SiC变为直接带隙的半导体晶体; 随着电子温度升高, 导带底和价带顶向高能量或低能量方向发生了移动, 当电子温度T_e大于3.5 eV以后, 价带顶穿越费米能级; 电子温度T_e在0–2.0 eV变化时, 带隙随电子温度升高而增大; T_e在2.0–3.5 eV范围变化时, 带隙随电子温度升高而快速地减少, 表明2H-SiC晶体的金属性随电子温度T_e的继续升高而增强. 在T_e =0, 5.0 eV 处, 计算了2H-SiC晶体总的电子态密度和分波态密度. 电子结构表明T_e =0 eV 时, 2H-SiC 是一个带隙为2.3 eV的半导体; 在T_e =5.0 eV时, 带隙已经消失而呈现出金属特性, 表明当电子温度升高时晶体的共价键变弱、金属键增强, 晶体经历了一个熔化过程, 过渡到金属状态.     

基于4H-SiC的高能量分辨率α粒子探测器

为突破传统半导体核探测器耐高温与抗辐照性能不足的瓶颈,采用4H-SiC宽禁带半导体材料研制了4H-SiC探测器,并研究其构成的探测系统对α粒子的能量分辨率和能量线性度。所研制4H-SiC探测器漏电流低,当外加反向偏压为200V时,其漏电流仅14.92nA/cm2。采用具有5种主要能量α粒子的226 Ra源研究其构成的探测系统对α粒子的能量分辨率,获得4H-SiC探测系统对4.8~7.7 MeV能量范围内α粒子的能量分辨率为0.61%~0.90%,与国际上报道的高分辨4H-SiC探测系统能量分辨率一致。同时,实验结果表明:4H-SiC探测系统对该能量范围内α粒子的能量线性度十分优异,线性相关系数为0.999 99。     

Influence of deep defects on electrical properties of Ni/4H-SiC Schottky diode

In this paper, we investigate the influence of deep level defects on the electrical properties of Ni/4H-SiC Schottky diodes by analyzing device current-voltage(I-V) characteristics and deep-level transient spectra(DLTS). Two Schottky barrier heights(SBHs) with different temperature dependences are found in Ni/4 H-SiC Schottky diode above room temperature. DLTS measurements further reveal that two kinds of defects Z_(1/2) and Ti(c)~a are located near the interface between Ni and SiC with the energy levels of E_C-0.67 eV and E_C-0.16 eV respectively. The latter one as the ionized titanium acceptor residing at cubic Si lattice site is thought to be responsible for the low SBH in the localized region of the diode, and therefore inducing the high reverse leakage current of the diode. The experimental results indicate that the Ti(c)~a defect has a strong influence on the electrical and thermal properties of the 4 H-SiC Schottky diode.     

退火对非故意掺杂4H-SiC外延材料386 nm和388 nm发射峰的影响

10 K条件下,采用光致发光(PL)技术研究了不同退火处理后非故意掺杂4H-SiC外延材料的低温PL特性.结果发现,在370—400 nm范围内出现了三个发射峰,能量较高的峰约为3.26 eV,与4H-SiC材料的室温禁带宽度相当.波长约为386 nm和388 nm的两个发射峰分别位于~3.21 eV和~3.19 eV,与材料中的N杂质有关.当退火时间为30 min时,随退火温度的升高,386 nm和388 nm两个发射峰的PL强度先增加后减小,且退火温度为1573 K时,两个发射峰的PL强度均达到最大. 关键词： 光致发光 退火处理 能级 4H-SiC     

强激光照射对6H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一性原理赝势法, 模拟研究了纤锌矿6H-SiC晶体在强激光照射下电子特性的变化. 研究结果表明, 电子温度T_e在升高到3.89 eV及以上后, 6H-SiC由间接带隙的晶体变为直接带隙的晶体; 带隙值随电子温度T_e升高先是增大后又快速减小, 当电子温度T_e大于4.25 eV以后, 带隙已经消失而呈现出金属特性.     

4H-SiC肖特基二极管的电荷收集特性

针对极端环境下耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用耐高温、耐辐照的4H碳化硅(4H-SiC)宽禁带材料制成肖特基二极管,研究了该探测器对241Am源粒子的电荷收集效率。从电容-电压曲线得出该二极管外延层净掺杂数密度为1.991015/cm3。从正向电流-电压曲线获得该二极管肖特基势垒高度为1.66 eV,理想因子为1.07,表明该探测器具备良好的热电子发射特性。在反向偏压高达700 V时,该二极管未击穿,其漏电流仅为21 nA,具有较高的击穿电压。在反向偏压为0~350 V范围内研究了该探测器对3.5 MeV 粒子电荷收集效率,在0 V时为48.7%,在150 V时为99.4%,表明该探测器具有良好的电荷收集特性。     

Cleaning of SiC surfaces by low temperature ECR microwave hydrogen plasma

N-type 4H-SiC (0 0 0 1) surfaces were cleaned by low temperature hydrogen plasma in electronic cyclotron resonance (ECR) microware plasma system. The effects of the hydrogen plasma treatment (HPT) on the structure, chemical and electronic properties of surfaces were characterized by in situ reflection high energy electron diffraction (RHEED) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The RHEED results indicate that the structures of the films are strongly dependent on the treatment temperature and time. Significant improvements in quality of 4H-SiC films can be obtained with the temperature ranging from 200 °C to 700 °C for an appropriate treatment period. The XPS results show that the surface oxygen is greatly reduced and the carbon contamination is completely removed from the 4H-SiC surfaces. The hydrogenated SiC surfaces exhibit an unprecedented stability against oxidation in the air. The surface Fermi level moves toward the conduction band in 4H-SiC after the treatment indicating an unpinning Fermi level with the density of surfaces states as low as 8.09 × 10¹⁰ cm⁻² eV⁻¹.     

C-V法提取SiC隐埋沟道MOSFET沟道载流子浓度

本文对用C-V法提取SiC隐埋沟道MOSFET沟道载流子浓度的方法进行了理论和实验分析. pn结的存在所造成的埋沟MOS结构C-V曲线的畸变为沟道载流子浓度的提取带来一些问题. SiC/SiO₂界面上界面态的存在也会使提取出的数值与实际数值产生偏差. 本文首先从理论上分别分析了沟道深度和界面态对沟道载流子浓度提取结果的影响，然后对两种沟道深度的埋沟MOS结构C-V曲线进行了测试，提取出了沟道掺杂浓度. 在测试中，采用不同的扫描速率，分析了界面态对提取结果的影响. 理论分析结果和实验测 关键词： C-V法 SiC 隐埋沟道MOSFET 沟道载流子浓度     

LPCVD法制备的高纯半绝缘4H-SiC晶体ESR谱特性

利用电子自旋共振波谱（ESR）仪,分析由低压化学气相沉积（LPCVD）法制备的高纯半绝缘4H-SiC材料本征缺陷.结果发现,在暗场条件下获得的缺陷信息具有碳空位（V_C）及其络合物的特征;谱线具有半高宽较大、峰谷明显不对称的特点.分析认为造成ESR谱线半高宽较大及峰谷不对称现象的主要原因是测试温度较高.同时,吸收谱中峰谷不对称现象及较大半高宽现象的出现还与不对称的晶格结构及缺陷浓度的不均匀分布有关.在110 K测试温度下,能级上的电子分布对ESR谱特性影响很小. 关键词： 低压化学气相沉积 高纯半绝缘4H-SiC 电子自旋共振 本征缺陷