氧化锌纳米线晶体管的电学特性研究

成功制作了氧化锌纳米线沟道场效应晶体管器件,所制作器件的电学性能通过I-V测试进行了分析。使用了水浴法生长了单晶性完整的氧化锌纳米线,该纳米线被用作背栅场效应晶体管的沟道,采用光刻方式制备的器件具有良好的直流特性,进行退火后进一步改善器件的源漏接触,提高器件性能,最终制备成功的场效应晶体管显示出p型MOS的特性,其开关态电流比达到105。在Vds=2.5 V时,跨导峰值为0.4μS,栅氧电容约为0.9 fF,器件夹断电压Vth为0.6 V,沟道迁移率约为87.1 cm2/V.s,计算得到氧化锌纳米线载流子浓度ne=6.8×108 cm-3。在Vgs=0 V时,器件沟道电阻率为100Ω.cm。     

自顶向下制备硅纳米线环栅MOSFET新工艺

准弹道输运特征的环栅纳米线MOSFET由于具备很强的栅控能力和抑制短沟道效应的能力,被认为是未来22nm技术节点以下半导体发展路线最有希望的候选者之一。采用传统CMOS工艺在SOI和体硅衬底上制备环栅纳米线MOSFET,解决了许多关键的技术难点,获得了许多突破性进展。文章综述了目前各种新颖的自顶向下制备方法和各种工艺的优缺点,以及优化的方向。     

垂直集成——延长摩尔定律的有效途径

主要概述了目前集成电路由两维的平面集成向3维的立体集成转变过程中的主流和热点技术,包括后道封装制程中实现裸片堆叠、载体堆叠和封装体堆叠的TSV三维封装,以及前道晶圆制程中将传统的晶体管二维平面结构向三维立体结构的多栅晶体管过渡的创新技术。根据全球半导体联盟打造3D集成电路计划和目前应对垂直集成技术的工艺设备现状,展望了半导体垂直集成技术实现量产的前景。     

一种高性能背栅三明治纳米线场效应晶体管器件的仿真研究

本文提出了一种新型背栅三明治纳米线场效应晶体管,结合了ETSOI和纳米线晶体管的优点,在保持良好的短沟道效应控制的基础上可以动态调节背栅电压的控制能力,其中背栅用于阈值电压的调节。和背栅FinFET相比,背栅三明治纳米线场效应晶体管具有更好的器件性能,在相同宽度的纳米线和Fin的条件下,三维器件仿真表明新型器件具有三倍的过驱动电流,减小75%的漏电流,并且具有更小的亚阈值摆幅和漏致势垒下降。本文还提出一种新的制作背栅三明治纳米线场效应晶体管的工艺流程和针对本器件的背栅电压调节阈值电压的解析模型,兼容于先进的高k金属栅CMOS技术,并且具有独特的背栅调控能力,有利于22纳米节点以下器件尺寸的减小。     

SnO_2纳米线基场效应晶体管的电学性能研究

基于气-液-固生长机理和原位掺杂技术,成功制备了2%(质量分数)Sb掺杂SnO_2纳米线,所制器件可以在低压环境下工作且不受栅漏电的影响;将该纳米线作为场效应晶体管的沟道,分析了不同比例的Sb掺杂对晶体管电学性能参数的影响。结果显示:Sb质量分数由0.5%增加到2.5%时,随着Sb掺杂量的增大,晶体管的稳定性增强,但栅电压的调控能力减弱,晶体管功耗增大且对空穴和电子的迁移能力减弱。     

ZnO纳米线场效应管的制备及光电特性

本文采用水热法生长的ZnO纳米线制得悬浮ZnO纳米线场效应晶体管,该场效应管的跨导为0.396μS,迁移率为50.17cm^2/Vs,VGS = 0 V时电阻率为0.96×102Ωcm,开关态电流比（Ion/Ioff）为10^5。该效应管在紫外下曝光（2.5μw/cm2）后显示了穿通现象和开启电压漂移（从-0.6V 到 +0.7V）,且由于漏极感应势垒的降低,使得源漏电流减少一半（从560nA到320nA）。悬浮ZnO纳米线场效应管的这些性质揭示了它的一些内在属性和器件方面的应用。     

一种新型降低GIDL的纳米线环栅场效应晶体管

提出了一种可以有效降低环栅晶体管栅致漏极泄漏(GIDL)的新型非对称沟道介质环场效应环栅(GAA)晶体管。位于漏端附近的沟道介质环结构可有效降低载流子沿沟道方向的带间隧穿几率,从而显著改善环栅器件在关态时的栅致漏极泄漏电流情况。3D TCAD仿真结果表明,与具有真空侧墙或者一般氧化物侧墙的常规环栅器件相比,新型非对称沟道介质环晶体管静态漏电明显降低,开关比提高;栅围寄生电容、最大振荡频率(fMAX)和截止频率(fT)未受明显影响。沟道介质环厚度的增加会线性减小器件的关态电流和开态电流,但会提高器件的开关比。     

Si纳米线场效应晶体管研究进展

从Si纳米线场效应晶体管(SiNWFET)的结构原理、Si纳米线的制作工艺以及器件电学性能的改善措施三个方面介绍了SiNWFET的研究进展。通过分析SiNWFET的漏极电压对沟道电势的影响,表明SiNWFET自身的细沟道和围栅结构对于改善亚阈值特性和抑制短沟道效应起着关键作用。针对Si纳米线的制备,介绍了光刻、刻蚀与热氧化等自上而下的方法和气-液-固生长这种自下而上的方法。分析了SiNWFET的电学性能,探讨了为改善电学性能而进行的器件结构和工艺的改进,包括选择沟道取向,采用多条纳米线、应变纳米线或新材料作为沟道以及减小源-漏接触电阻等措施。最后对SiNWFET所面临的挑战和前景作了展望。     

纳米MOSFET的多栅结构和应变硅纳米线结构

介绍了在进入22 nm技术节点后MOSFET器件的两个发展方向,即多栅结构和应变硅纳米线结构.首先通过分析特征长度与有效栅极数量的关系,表明多栅结构器件可以有效增强栅极对沟道的控制,抑制短沟道效应,接近理想的亚阈值斜率;然后分析了应变对能带结构的影响,从理论上论述了应变沟道可以显著提高载流子迁移率;最后介绍了悬浮硅纳米...     

高性能纵向pnp晶体管的研制

pnp晶体管中由于空穴的迁移率较电子的迁移率低得多,再加上纵向pnp管有比npn管严重得多的基区宽度调变效应,一般情况下,难以使纵向pnp管的性能与npn管的性能相媲美。我们从理论上分析了提高纵向pnp管性能的途径,并设计了一套新的工艺流程。在p型外延材料上研制出了BV_(ceo)≥90V、V_(be)≤0.8V、f_T=900MHz、V_(ces)=0.2V、β=60～150、厄利电压大于150V的纵向pnp晶体管。在P型单晶材料上研制出了BV_(ceo)≥65V、f_T≥560MHz、β=60～150的纵向pnp晶体管。具有这种性能的纵向pnp管目前在国内外还很少见。     

单电子晶体管的制备、集成与电路研究

我们制备出了高温Si单电子晶体管,研究了单电子晶体管的集成原理,实现了14个单电子晶体管的串联集成和2个单电子晶体管的并联集成。同时也研究了单电子晶体管与传统高迁移率晶体管的集成和技术,发现可用单个电子来调控传统晶体管的栅对源漏极电流的控制能力（跨导）,利用单电子晶体管的集成方法,建立了对电荷超敏感的探测技术（包括超敏感的库尔计）,实现了单电子存储器中的单电子过程的探测,并设计了一种新型的多值存储器。     

适用于按比例缩小至亚10nm的圆柱体全包围栅场效应管仿真

提出了一种适用于按比例缩小至亚10nm的圆柱体全包围栅场效应管.报道了圆柱体全包围栅场效应管器件物理分析、技术仿真结果以及器件制作详细工艺流程.与其他常规鳍形场效应管器件(FinFET)相比,该器件特别适用于解决常规鳍形场效应管器件所面临的问题,进一步提高器件性能及按比例缩小能力.技术仿真结果显示,圆柱体全包围栅场效应管具备许多常规鳍形场效应管器件,其中包括长方体全包围栅场效应管所不具备的优点.就圆柱体全包围栅场效应管器件结构而言,该器件由无数多个将圆柱体形沟道全部包围的栅所控制.由于克服了由不对称场的积聚,如锐角效应所导致的漏电,器件沟道的电完整性得到很大改善.详细讨论了器件制作工艺流程,提出的工艺流程简单并且与常规CMOS工艺流程兼容.     

适用于按比例缩小至亚10nm的圆柱体全包围栅场效应管仿真

提出了一种适用于按比例缩小至亚10nm的圆柱体全包围栅场效应管.报道了圆柱体全包围栅场效应管器件物理分析、技术仿真结果以及器件制作详细工艺流程.与其他常规鳍形场效应管器件(FinFET)相比,该器件特别适用于解决常规鳍形场效应管器件所面临的问题,进一步提高器件性能及按比例缩小能力.技术仿真结果显示,圆柱体全包围栅场效应管具备许多常规鳍形场效应管器件,其中包括长方体全包围栅场效应管所不具备的优点.就圆柱体全包围栅场效应管器件结构而言,该器件由无数多个将圆柱体形沟道全部包围的栅所控制.由于克服了由不对称场的积聚,如锐角效应所导致的漏电,器件沟道的电完整性得到很大改善.详细讨论了器件制作工艺流程,提出的工艺流程简单并且与常规CMOS工艺流程兼容.     

底栅和顶栅结构全透明氧化锌薄膜晶体管的制备

报道了制备在50mm石英玻璃衬底上的透明氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT),采用了底栅和顶栅两种结构进行比较.ZnO沟道层由射频磁控溅射方法制备,SiO2薄膜作为栅绝缘层.结果发现底栅结构的ZnO-TFT具有较好的电学性质,该器件工作在n沟道增强模式,具有较好的夹断效应和饱和特性,其场效应迁移率、阈值电压和电流开关比分别为18.4cm2/(V·s),-0.5V和104.顶栅结构的ZnO-TFT则工作在n沟道耗尽模式,没有明显的饱和特征.不同结构ZnO-TFT电学性质的差别可能是由于不同的ZnO/SiO2界面特性所致.两种结构的ZnO-TFT在可见光波段都有很高的光学透过率.     

底栅和顶栅结构全透明氧化锌薄膜晶体管的制备

报道了制备在50mm石英玻璃衬底上的透明氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT),采用了底栅和顶栅两种结构进行比较.ZnO沟道层由射频磁控溅射方法制备,SiO2薄膜作为栅绝缘层.结果发现底栅结构的ZnO-TFT具有较好的电学性质,该器件工作在n沟道增强模式,具有较好的夹断效应和饱和特性,其场效应迁移率、阈值电压和电流开关比分别为18.4cm2/(V·s),-0.5V和104.顶栅结构的ZnO-TFT则工作在n沟道耗尽模式,没有明显的饱和特征.不同结构ZnO-TFT电学性质的差别可能是由于不同的ZnO/SiO2界面特性所致.两种结构的ZnO-TFT在可见光波段都有很高的光学透过率.     

All‐Metallic Vertical Transistors Based on Stacked Dirac Materials

It is an ongoing pursuit to use metal as a channel material in a field effect transistor. All metallic transistor can be fabricated from pristine semimetallic Dirac materials (such as graphene, silicene, and germanene), but the on/off current ratio is very low. In a vertical heterostructure composed by two Dirac materials, the Dirac cones of the two materials survive the weak interlayer van der Waals interaction based on density functional theory method, and electron transport from the Dirac cone of one material to the one of the other material is therefore forbidden without assistance of phonon because of momentum mismatch. First‐principles quantum transport simulations of the all‐metallic vertical Dirac material heterostructure devices confirm the existence of a transport gap of over 0.4 eV, accompanied by a switching ratio of over 10⁴. Such a striking behavior is robust against the relative rotation between the two Dirac materials and can be extended to twisted bilayer graphene. Therefore, all‐metallic junction can be a semiconductor and novel avenue is opened up for Dirac material vertical structures in high‐performance devices without opening their band gaps.     

用溶液法制备钙钛矿纳米线光电探测器

作为一种优秀的光吸收半导体材料,有 机-无机杂化钙钛矿被广泛应用于光电领域。为了制备高 性能光电探测器件,采用溶液法制备了高度有序、超长的CH3NH3PbI3 纳米线,并将其应用于Au/CH3NH3PbI3/Au平面型光电探测器。该 器件具有宽的工作波段,在紫外-可见光-近红外(365~808 nm) 光谱范围内均有响应。其最大光响应度达到3.81 A·W-1,比探 测率为3.7×1011 Jones,开关比为4.9×103,光响应时间约 为7 ms。由于具有优异的光探测能力,该器件拥有广阔的应用前景。