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.     

石墨烯场效应晶体管的X射线总剂量效应

本文针对不同结构、尺寸的石墨烯场效应晶体管(graphene field effect transistors, GFET)开展了基于10 keVX射线的总剂量效应研究.结果表明,随累积剂量的增大,不同结构GFET的狄拉克电压V_Dirac和载流子迁移率μ不断退化;相比于背栅型GFET,顶栅型GFET的辐射损伤更加严重;尺寸对GFET器件的总剂量效应决定于器件结构; 200μm×200μm尺寸的顶栅型GFET损伤最严重,而背栅型GFET是50μm×50μm尺寸的器件损伤最严重.研究表明:对于顶栅型GFET,辐照过程中在栅氧层中形成的氧化物陷阱电荷的积累是V_Dirac和μ降低的主要原因.背栅型GFET不仅受到辐射在栅氧化层中产生的陷阱电荷的影响,还受到石墨烯表面的氧吸附的影响.在此基础上,结合TCAD仿真工具实现了顶栅器件氧化层中辐射产生的氧化物陷阱电荷对器件辐射响应规律的仿真.相关研究结果对于石墨烯器件的抗辐照加固研究具有重大意义.     

基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器

以等离子增强化学气相沉积法制备的石墨烯作为导电沟道材料,将其与无机CsPbI_3钙钛矿量子点结合,设计并制备了石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管光电探测器.研究和分析了石墨烯作为场效应晶体管的电学特性及其与钙钛矿量子点结合作为光电探测器的光电特性.结果表明,石墨烯在场效应晶体管中表现出良好的电学性质,其与钙钛矿量子点的结合对波长为400 nm的光辐射具有明显的光响应,在光强为12μW时器件光生电流最大为64μA,响应率达6.4 A·W~(-1),对应的光电导增益和探测率分别为3.7×10~4,6×10~7Jones(1 Jones=1 cm·Hz~(1/2)·W~(-1)).     

基于石墨烯谐振沟道晶体管的高频纳米机电系统信号读取研究

结合石墨烯场效应晶体管和机械谐振原理,研究了基于本地背栅石墨烯谐振沟道晶体管(RCT) 的高频机械信号直接读取方法.利用机械剥离法获得的石墨烯,提出了一种基于刻蚀技术的器件制备方法, 并实现了栅长和栅宽分别为1 μm的本地背栅RCT.实验结果表明,在室温下RCT的谐振频率范围为57.5–88.25 MHz.研究结果对加速石墨烯纳米机电系统和高频低噪声器件的应用有着重要作用. 关键词： 石墨烯 谐振沟道晶体管 纳米机电系统     

短沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的散粒噪声模型

随着金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的尺寸进入到纳米量级,器件的噪声机理逐渐开始转变.传统的热噪声与漏源电流模型精度出现下降,散粒噪声成为器件噪声不可忽略的因素.本文通过求解能量平衡方程,推导了短沟道MOSFET器件的沟道电子温度和电子速度表达式,由此建立了漏源电流模型;基于漏源电流模型建立了适用于40 nm以下器件的散粒噪声模型和热噪声模型.研究了n型金属-氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)器件在不同偏置电压下,器件尺寸对散粒噪声抑制因子和噪声机理的影响.研究表明:已有的热噪声模型与散粒噪声模型的精度随着器件尺寸的减小而下降,导致相应的散粒噪声抑制因子被高估.当NMOSFET器件的尺寸减小到10 nm时,器件的噪声需由热噪声与受抑制的散粒噪声共同表征.本文建立的短沟道器件散粒噪声模型可应用于纳米尺寸NMOSFET器件噪声性能的分析与建模.     

沟道宽度对ZnO-TFT电学性能的影响

用射频磁控溅射法生长的ZnO薄膜作为有源层,制备出了ZnO基薄膜晶体管(ZnO-TFT),并在空气环境下350℃退火1 h,研究了沟道宽度对ZnO-TFT器件性能的影响。实验结果表明:阈值电压随着沟道宽度的减小而增加,这是由于沟道越窄,载流子被捕获的几率越大,在相同栅压下沟道内可动载流子浓度越小,相应的阈值电压就越大;饱和迁移率随着沟道宽度的减小而增加,认为这是由源/漏电阻的侧壁效应及边缘电子场效应引起的附加电流所致。     

深亚微米金属氧化物场效应晶体管及寄生双极晶体管的总剂量效应研究

为从工艺角度深入研究航空航天用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺混合信号集成电路总剂量辐射损伤机理, 选取国产CMOS 工艺制作的NMOS晶体管及寄生双极晶体管进行了⁶⁰Coγ射线源下的总剂量试验研究. 发现: 1) CMOS工艺中固有的寄生效应导致NMOS晶体管截止区漏电流对总剂量敏感, 随总剂量累积而增 大; 2) 寄生双极晶体管总剂量损伤与常规双极晶体管不同, 表现为对总剂量不敏感, 分析认为两者辐射损伤的差异来源于制作工艺的不同; 3)寄生双极晶体管与NMOS晶体 管的总剂量损伤没有耦合效应; 4)基于上述研究成果, 初步分析CMOS工艺混合信号集成电路中数字模块及模拟模块辐射损伤机制, 认为MOS晶体管截止漏电流增大是导致数字模块功耗增大的主因, 而Bandgap电压基准源模块对总剂量不敏感源于寄生双极晶体管抗总剂量辐射的能力. 关键词： 总剂量效应 N沟道金属氧化物场效应晶体管 寄生双极晶体管 Bandgap基准电压源     

反向衬底偏压下纳米N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中栅调制界面产生电流特性研究

研究了反向衬底偏压V_B下纳米N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中栅调制界面产生(GMG)电流I_GMG特性, 发现I_GMG曲线的上升沿与下降沿随着|V_B|的增大向右漂移. 基于实验和理论模型分析, 得出了V_B与这种漂移之间的物理作用机制, 漂移现象的产生归因于衬底偏压V_B 调节了表面电势φ_s在栅电压V_G 中的占有比重: |V_B|增大时相同V_G下φ_s会变小, φ_s 的变化继而引发上升沿产生率因子g_r减小以及下降沿产生率因子g_f增大. 进一步发现I_GMG 上升沿与下降沿的最大跨导G_MR, G_MF 在对数坐标系下与V_B成线性关系, 并且随着|V_B|增加而增大. 由于漏电压V_D在I_GMG 上升沿与下降沿中的作用不同, 三种V_D下G_MR-V_B曲线重合而G_MF-V_B曲线则产生差异. 增大V_D 会增强g_f 随V_G的变化, 因此使得给定V_B 下的G_MF变大. 同时这却导致了更大V_D下G_MF-V_B 曲线变化的趋势减缓, 随着V_D从0.2 V变为0.6 V, 曲线的斜率s从0.09减小到0.03. 关键词： 产生电流 表面势 衬底偏压 N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管     

单层石墨烯场效应晶体管制备及低温导电特性北大核心CSCD

采用化学气相沉积法(CVD)制备单层石墨烯,将其转移到300nm厚的SiO_2/Si衬底上.通过真空蒸镀法在石墨烯表面沉积Au电极,获得SiO_2/Si背栅石墨烯场效应晶体管,对其进行低温导电特性的测试.结果表明,背栅石墨烯场效应晶体管呈双极导电性,并表现出P型导电特性.室温下器件的电子迁移率为3478cm^2/V.s,开关比(on/off)为1.88.在低温下器件的电子迁移率降至2913cm^2/V.s,开关比上升到2.53,狄拉克点左移,P型掺杂效应减弱,温度对器件起到调制作用.     

A-Z-A型石墨烯场效应晶体管吸附 效应的第一性原理研究

利用第一性原理的计算方法, 研究了A-Z-A型GNR-FET的电子结构和输运性质及其分子吸附效应. 得到了以下结论: 纯净的A-Z-A型GNR-FET具有典型的双极型晶体管特性, 吸附分子的存在会使纳米带能隙变小. 对于吸附H, H₂, H₂O, N₂, NO, NO₂, O₂, CO₂和SO₂分子的情况, A-Z-A型GNR-FET仍然保持着场效应晶体管的基本特征, 但吸附不同类型的分子会使GNR-FET的输运特性发生不同程度的改变; 对于吸附OH分子的情况, 输运特性发生了本质的改变, 完全不具有场效应晶体管的特性. 这些研究结果将有助于石墨烯气体探测器的工程实现, 并对应用于不同环境中GNR-FET的设计具有重要指导意义.     

基于有限元方法的有机场效应晶体管特性模拟与实验验证

采用有限元方法,借助多物理场软件COMSOL模拟了底栅顶接触结构有机场效应晶体管电位和载流子浓度随源漏电压Vds的变化。模拟结果表明,当固定栅压V_g=-10 V时,改变V_(ds)从0~-10 V,对于电位分布,从栅极到源漏电极竖直方向有渐进的变化,而从源极到漏极的水平方向呈现由大到小明显的梯度变化。对于载流子浓度,观察到沟道处从源极向漏极逐渐减少,在靠近漏极的区域减少得尤为明显,而当源漏电压等于栅极电压时,产生夹断现象。进一步将模拟结果与实际制备的器件性能进行了对比,模拟结果与实验数据所显示的分布趋势大体相同,印证了模拟的合理性。由此表明,采用模拟方法分析有机场效应晶体管的器件特性,对于实际制备器件具有重要的指导意义。     

变条长实验测量GaN增益时条宽的影响

研究了光学变条长实验中条的宽度对半导体激光器光增益测量的影响,提出利用光刻溅射处理样品来严格控制泵浦条的宽度,并详细研究了泵浦条宽度与样品增益及饱和长度关系。实验表明:泵浦条宽度越窄,饱和长度越长,但测得的增益系数有所减小。本文利用非平衡载流子扩散模型对此现象进行了解释。     

基于射频场效应管的快速电光调Q驱动电路设计

针对电光Q开关速度快的特点,提出基于射频场效应管电光调Q驱动电路的设计方法。通过选择电磁对称性器件,多个电容并联,元器件及走线空间对称分布以较好的符合电磁对称性要求,使得回路等效电感降低。通过该方法可获得上升沿约16ns,幅度大于5 000V电光调Q开关驱动信号。该研究为高速高压电路设计提供了参考。     

基于氧化锌纳米薄片的高性能增强型场效应管和紫外光传感器

借助气相输运凝结法成功制备出数纳米厚的氧化锌纳米薄片并充分研究其结构与光学性质. 利用此薄片构建出场效应管和紫外光传感器. 由于其独特的结构,此场效应管被证实为n沟道增强型并具有好的电学特性,其场效应迁移率可达到256 cm²/(V·s),开关比约为10⁸. 而且其紫外光传感器的光响应也可显著提高到3×10⁸.     

电场对量子阱中激子能级宽度的影响

本文把固体中较大窨范围运动的粒子作为准经典粒子来描述。将已导出的能量测不准公式和激子的经典力学模型应用到电场下GaAs/GaAlAs量子阱中,激子能级宽度的计算结果与测量结果基本吻合,能较清楚、简单地解释纵向电场和横向电场下激子光吸收线宽的很大的差异。     

有机场效应晶体管的非线性注入模型

有机场效应晶体管(Organic field effect transistor,OFET)的非线性特性是指其输出特性曲线在较低的漏极电压下出现类似于二极管的电压电流特性曲线,这种现象在有机场效应晶体管的实验研究中极为常见。Simonetti等通过引入随栅极电压变化的迁移率提出了模型并成功解释了这一现象,但实验中从器件转移特性得出的迁移率通常与栅极电压无关。本文通过引入常数迁移率对该模型进行改进,运用改进的模型研究了影响OFET非线性特性的主要因素,并对如何更加准确地获得器件参数进行了探究。     

Correlated Electron Materials and Field Effect Transistors for Logic: A Review

Correlated electron systems are among the centerpieces of modern condensed matter sciences, where many interesting physical phenomena, such as metal-insulator transition and high-T _c superconductivity appear. Recent efforts have been focused on electrostatic doping of such materials to probe the underlying physics without introducing disorder as well as to build field-effect transistors that may complement conventional semiconductor metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) technology. This review focuses on metal-insulator transition mechanisms in correlated electron materials and three-terminal field effect devices utilizing such correlated oxides as the channel layer. We first describe how electron-disorder interaction, electron-phonon interaction, and/or electron correlation in solids could modify the electronic properties of materials and lead to metal-insulator transitions. Then we analyze experimental efforts toward utilizing these transitions in field effect transistors and their underlying principles. It is pointed out that correlated electron systems show promise among these various materials displaying phase transitions for logic technologies. Furthermore, novel phenomena emerging from electronic correlation could enable new functionalities in field effect devices. We then briefly review unconventional electrostatic gating techniques, such as ionic liquid gating and ferroelectric gating, which enables ultra large carrier accumulation density in the correlated materials which could in turn lead to phase transitions. The review concludes with a brief discussion on the prospects and suggestions for future research directions in correlated oxide electronics for information processing.     

MBE生长的垂直堆垛InAs量子点及HFET存储器件的应用

用MBE设备以Stranski-Krastanov生长方式外延生长了5个周期垂直堆垛的InAs量子点，在生长过程中通过对量子点形状，尺寸的控制来提高垂直堆垛InAs量子点质量和均匀性，用原子力显微镜（AFM）进行表面形貌的表征，并利用光致发光（PL）和深能级瞬态谱（DLTS）对InAs量子点进行观测。所用Al0.5Ga0.5As势垒外延层，对镶嵌在其中的InAs量子占粗很强的量子限制作用，并产生强量子限制效应，可以把InAs量子点的电子和空穴能级的热激发当作“深能级”的热激发来研究，这样可用DLTS方法进行测量，在垂直堆垛的InAs量子点的HFET器件中，由充电和放电过程的IDS－VGS曲线可以看到阈值电压有非常大的移动，这样便产生存储效应。     

聚3-己基噻吩-b-聚十六烷氧基联烯嵌段聚合物的制备及其场效应性能

以溴代十六烷、丙炔醇为原料通过取代反应、还原重排反应制备了十六烷氧基联烯,然后以氯化(三环己基膦)镍作为催化剂,通过控制加料顺序一锅制备了聚3-己基噻吩-b-聚十六烷氧基联烯的嵌段聚合物。通过核磁共振氢谱和体积排除色谱对产物进行了表征和确证。对聚3-己基噻吩-b-聚十六烷氧基联烯嵌段聚合物的热学性能、光学性能及电学性能进行了研究。差示扫描量热法和热重分析结果表明,嵌段共聚物具有两个玻璃化转变温度及两个热分解温度,说明其具有明显相分离。以嵌段共聚物为半导体活性材料,制备了场效应晶体管器件。使用热退火对器件进行热处理,发现迁移率随退火温度的上升而提高。器件在200℃退火温度下的平均迁移率为7.03×10~(-4)cm~2·V~(-1)·s~(-1),最大迁移率为1.3×10~(-3)cm~2·V~(-1)·s~(-1),阈值电压为5.44 V。