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…     

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     

半导体家族(二)

<正>4.半导体器件家族半导体器件同样是种类繁多、神通广大、各显其能,其族谱如图15所示。在半导体器件中贡献最突出的当属双极晶体管(BJT)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)。他们既可以以分立器件的形式单独成为产品实用,也可以作为构成集成电路的基本器件。4.1分立器件半导体分立器件包括具有整流作用的二级管(Diode),可作为开关或线性放大应用的BJT、MOSFET、结型场效应晶体管(JFET)、垂直双扩散场     

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     

SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性

采用金属有机分解法在p型Si衬底上制备了SiTiO3(STO)薄膜.研究了STO薄膜金属-绝缘体-半导体(MIS)结构的介电和界面特性.结果表明,STO薄膜显示出优异的介电性能,在10kHz处的介电常数约为105,损耗低于0.01,这来源于多晶结构和良好的结晶性;MIS结构中的固定电荷密度Nf和界面态密度Dit分别约为1.5×1012cm-2和(1.4-3.5)×1012 cm-2 eV-1,这主要与Si/STO界面处形成的低介电常数界面层有关.     

高质量单层二硫化钼薄膜的研究进展

作为一种新型的二维半导体材料,单层二硫化钼薄膜由于其优异的特性,在电子学与光电子学等众多领域具有潜在的应用价值.本文综述了我们课题组在过去几年中针对单层二硫化钼薄膜的研究所取得的进展,具体包括:在二硫化钼薄膜的制备方面,通过氧辅助化学气相沉积方法,实现了大尺寸单层二硫化钼单晶的可控生长和晶圆级单层二硫化钼薄膜的高定向外延生长;在二硫化钼薄膜的加工方面,发展了单层二硫化钼薄膜的无损转移、洁净图案化加工、可控结构相变与局域相调控的方法,为场效应晶体管等电子学器件的制备与性能优化提供了基础;在二硫化钼异质结方面,研究了二硫化钼薄膜与其他二维材料形成的异质结的电学以及光电性质,为二维材料异质结的构筑和器件特性研究提供了实验参考;在二硫化钼薄膜功能化器件与应用方面,构筑了全二维材料、亚5 nm超短沟道场效应晶体管器件,验证了单层二硫化钼对短沟道效应的有效抑制及其在5 nm工艺节点器件中的应用优势;此外,利用制备的高质量单层二硫化钼和发展的器件洁净加工技术,实现了高性能柔性薄膜晶体管的集成,获得了超高灵敏度与稳定性的非接触型湿度传感器.我们在二硫化钼薄膜的制备、加工以及器件特性研究方面所取得的进展对于二硫化钼及其他二维过渡金属硫属化合物的基础和应用研究均具有指导意义.     

半绝缘多晶硅薄膜技术

本文简要介绍半绝缘多晶硅薄膜技术在半导体领域中应用的二个方面：钝化膜和硅－半绝缘多晶硅异质结．着重阐述了半绝缘多晶硅的钝化机理，以及它在半导体器件中应用的工艺过程．采用半绝缘多晶硅钝化膜，可以制成无沟道截止环的ＣＭＯＳ电路，以获得高集成度、高汤阈值电压和高可靠性的ＭＯＳ器件；可以使双极型ｎｐｎ和ｐｎｐ晶体管的可靠性提高，而且具有更高的击穿电压。     

金属-半导体接触效应

一、研究的意义和历史 金属-半导体接触效应的研究,无论从半导体器件的研制和生产,或是界面物理学的发展来说,都是一个相当重要的基本课题.最早的点接触整流器、光电探测器,第一只晶体管的注入极和集电极,都是直接和金属-半导体的点接触效应相关的.人们为了解这个效应的物理机制,也是首先从这里考虑表面态的作用.当对这个效应详细的物理机制还不清楚的时候,要稳定和提高这类器件的性能就缺乏明确的指导. pn结型器件产生后,金属-半导体接触主要应用于制作欧姆接触电极上.起初,并没有发生多大的问题,因此人们对它的研究有些漠视.近年来,随着半…     

外电场和双轴应变对MoSH/WSi2N4肖特基结势垒的调控

鉴于实验上最新合成的二维半导体材料WSi₂N₄(WSN)和二维金属材料MoSH(MSH),构建了金属-半导体MSH/WSN肖特基结.在实际的金属-半导体接触应用中,肖特基势垒的存在严重降低了器件的性能.因此,获得较小的肖特基势垒甚至是欧姆接触至关重要.本文使用第一性原理计算研究了在外电场和双轴应变作用下MSH/WSN肖特基结势垒的变化.计算结果表明,外电场和双轴应变均可以有效地调控MSH/WSN肖特基结势垒.正向外电场能实现MSH/WSN肖特基结p型与n型肖特基接触之间的动态转化,而负向外电场可实现MSH/WSN肖特基结向欧姆接触的转化.此外,较大的双轴应变可实现MSH/WSN肖特基结p型与n型肖特基接触的相互转化.此项工作为基于WSN半导体的肖特基功能器件及场效应晶体管提供理论指导.     

U型槽刻蚀工艺对GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管电学特性的影响

U型槽的干法刻蚀工艺是GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件关键的工艺步骤,干法刻蚀后GaN的侧壁状况直接影响GaN MOS结构中的界面态特性和器件的沟道电子输运.本文通过改变感应耦合等离子体干法刻蚀工艺中的射频功率和刻蚀掩模,研究了GaN垂直沟槽型MOSFET电学特性的工艺依赖性.研究结果表明,适当降低射频功率,在保证侧壁陡直的前提下可以改善沟道电子迁移率,从35.7 cm^2/(V·s)提高到48.1 cm^2/(V·s),并提高器件的工作电流.沟道处的界面态密度可以通过亚阈值摆幅提取,射频功率在50 W时界面态密度降低到1.90×10^12 cm^-2·eV^-1,比135 W条件下降低了一半.采用SiO2硬刻蚀掩模代替光刻胶掩模可以提高沟槽底部的刻蚀均匀性.较薄的SiO2掩模具有更小的侧壁面积,高能离子的反射作用更弱,过刻蚀现象明显改善,制备出的GaN垂直沟槽型MOSFET沟道场效应迁移率更高,界面态密度更低.     

基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管辐照退化模型

基于金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)噪声的载流子数涨落和迁移率涨落理论,建立了MOSFET辐照前1/f噪声参量与辐照后分别由氧化层陷阱和界面陷阱诱使阈值电压漂移之间的定量数学模型,并通过实验予以验证.研究结果表明,辐照诱生的氧化层陷阱通过俘获和发射过程与沟道交换载流子,在引起载流子数涨落的同时也通过库仑散射导致沟道迁移率的涨落,因此辐照前的1/f噪声幅值正比于辐照诱生的氧化层陷阱数.利用该模型对MOSFET辐照前1/f噪声与辐照退化的相关性从理论上 关键词： f噪声')" href="#">1/f噪声 辐照 金属-氧化物-半导体场效应晶体管 陷阱     

1985年第10期《物理》内容预告

论恒星,它们的演化和稳定性(斯·昌德拉塞卡);第三代稀土永磁材料及其进展(何文望);GaAs-绝缘薄膜界面和金属-绝缘薄膜-半导体(MIS)结的特性(陈志豪等);表面电子能量损失谱(丁训民);协同学─—物理学、化学和生物学中的自有序化过程(H·Haken);核磁共振成象及其在医学中的应用(孟庆安);一种快速、高对比度的液晶光阀(李光远等);用劳厄相机研究金属玻璃的晶化过程(韦钦等);3000大气压大空间液体介质超高压设备(高龙生等);实用超高频ZnO薄膜换能器的研制(何启光等);硅中杂质的物理行为(卢励吾等)。1985年第10期《物理》内容预告…     

Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管制备及存储特性

在溶胶-凝胶工艺获得高质量Bi4Ti3O12薄膜的基础上,制备了Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管. 研究了Si基Bi4Ti3O12薄膜的生长特性及其对铁电薄膜/硅的界面状态和铁电场效应晶体管存储特性的影响. 研究表明,在合理的工艺条件下可以获得具有较高c-轴择优取向的纯钙钛矿相Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜并有利于改善Bi4Ti3O12/Si之间的界面特性; 顺时针回滞的C-V特性曲线和C-T曲线表明Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管具有极化存储效应和一定的极化电荷保持能力; 器件的转移(Isd-VG)特性曲线显示Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管具有明显的栅极化调制效应.     

SiC功率金属-半导体场效应管的陷阱效应模型

针对4H-SiC射频大功率MESFET，建立了一个解析的陷阱效应模型，该模型采用简化参数描述方法，并结合自热效应分析，从理论上完善了SiC MESFET大信号直流I-V特性的解析模型，且避免了数值方法模拟陷阱效应的巨大计算量. 关键词： 碳化硅 陷阱效应 金属-半导体场效应晶体管 深能级陷阱 界面态     

蒸镀法制备全有机并五苯薄膜场效应晶体管

以全蒸镀方法在真空室内一次性制备了正装结构的全有机并五苯薄膜场效应晶体管。正装结构全蒸镀法有利于简化工艺制备程序,缩小器件尺寸,提高集成度。制备的绝缘层厚度仅为50nm的全有机薄膜场效应晶体管,器件的工作电压降至10V,相同电压下饱和输出电流有了明显提高。筛选适当的有机绝缘材料,改善全有机薄膜场效应晶体管有源层/绝缘层的界面性能,使阈值电压几乎降至0V,场效应迁移率提高了3倍多,输出饱和电流也有了明显的提高。     

具有HfN/HfO2栅结构的p型MOSFET中的负偏置-温度不稳定性研究

研究了HfN/HfO2高K栅结构p型金属-氧化物-半导体(MOS)晶体管(MOSFET)中,负偏置-温度应力引起的阈值电压不稳定性(NBTI)特征.HfN/HfO2高K栅结构的等效氧化层厚度(EOT)为1.3nm,内含原生缺陷密度较低.研究表明,由于所制备的HfN/HfO2高K栅结构具有低的原生缺陷密度,因此在p-MOSFET器件中观察到的NBTI属HfN/HfO2高K栅结构的本征特征,而非工艺缺陷引起的;进一步研究表明,该HfN/HfO2高K栅结构中观察到的NBTI与传统的SiO2基栅介质p-MOSFET器件中观察到的NBTI具有类似的特征,可以被所谓的反应-扩散(R-D)模型表征: HfN/HfO2栅结构p-MOSFET器件的NBTI效应的起源可以归为衬底注入空穴诱导的界面反应机理,即在负偏置和温度应力作用下,从Si衬底注入的空穴诱导了Si衬底界面Si-H键断裂这一化学反应的发生,并由此产生了Si+陷阱在Si衬底界面的积累和H原子在介质层内部的扩散,这种Si+陷阱的界面积累和H原子的扩散导致了器件NBTI效应的发生.     

GaAs/SrTiO3外延半导体单晶薄膜带间跃迁研究

报道了在钙钛矿型结构的SrTiO₃衬底上用分子束外延方法生长闪锌矿型结构的GaAs半导体单晶薄膜.应用光调制反射光谱和光荧光方法 ,研究了GaAs半导体薄膜的带间跃迁,并与通常的GaAs体材料特性进行了对比研究.结果表明,在钙钛矿型结构SrTiO₃衬底上生长的GaAs单晶薄膜具有与单晶体材料相似的禁带与光学特性,在带间跃迁的弛豫上,外延薄膜相对体材料大了约5倍. 关键词：     

Pb(Zr0.53Ti0.47)O3/AlxGa1-xN/GaN异质结构的电容-电压特征

通过在调制掺杂Al0.22Ga0.78N/GaN异质结构上淀积Pb(Zr0.53Ti0.47)O3(PZT)铁电薄膜,我们发展了一种基于AlxGa1-xN/GaN异质结构的金属-铁电-半导体(MFS)结构.在高频电容-电压(C-V)特性测量中,发现Al0.22Ga0.78N/GaN异质界面二维电子气(2DEG)的浓度在-10V偏压下从1.56×1013cm-2下降为5.6×1012cm-2.由于PZT薄膜的铁电极化,在-10V偏压下可以观察到宽度为0.2V的铁电C-V窗口,表明在没有铁电极化方向反转的条件下,PZT/AlxGa1-xN/GaN MFS结构也能出现存储特性.因为2DEG带来的各种优点,可以认为AlxGa1-xN/GaN异质结构在以存储器为目标的MFS场效应晶体管中有重要应用.     

一种铅铋合金薄膜低温相的结构及超导物性表征

铅铋(Pb-Bi)合金超导材料被广泛研究,但对其低温物相的结构和超导物性却知之甚少.本文采用低温共沉积和低温退火的方法,在Si(111)-(7×7)衬底生长的Bi(111)超薄薄膜上制备了铅铋合金薄膜,利用扫描隧道显微术对其结构和电子学性质进行表征.通过结构表征,确定了薄膜中存在相分离,同时存在具有三次对称性的纯Bi(111)相和合金相Pb_(1–x)Bi_x,可归属于部分铋取代的Pb(111)结构.通过电子学性质测量,进一步证实了Bi(111)相中特征的电子学结构及合金相中的超导行为.变温实验表明,合金相Pb_(1–x)Bi_x的超导转变温度是7.77 K,属于强耦合超导体.测量了由Bi(111)-Pb_(1–x)Bi_x组成的正常金属-超导体异质结和超导体-正常金属-超导体异质结中的邻近效应,指出了超导穿透深度可能受界面接触面积的影响.考虑到铋可能具有的拓扑属性, Bi(111)-Pb_(1–x)Bi_x面内异质结界面结构可进一步用于研究其新奇物理效应.     

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…