硅表面SiO_2薄膜中钠的沾污

在半导体器件中,由于硅表面SiO2薄膜中钠的沾污,严重地影响着器件的稳定性、可靠性及成品率.对于MOS器件,这一影响就更为突出,因此深为人们关注.究竟如何有效地除去氧化膜中的Na ,提高器件的可靠性和电学稳定性,这已成为国内外研究的重要课题. 已有大量的实验证实,在1150℃下的氧化气氛中掺进6%克分子浓度的HCl气体,能大大减少氧化膜中可动的离子数[1-5].但机理尚不明确,影响了它的广泛应用.对此,我们利用中子活化与离子微探针分析技术,通过测定SiO2薄膜中钠的含量及Na 与Cl-在氧化膜中的纵向分布,研究了掺HCl氧化改善Na 影响的机理;…     

小尺寸应变Si金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流预测模型

小尺寸金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件由于具有超薄的氧化层、关态栅隧穿漏电流的存在严重地影响了器件的性能,应变硅MOSFET器件也存在同样的问题.为了说明漏电流对新型应变硅器件性能的影响,文中利用积分方法从准二维表面势分析开始,提出了小尺寸应变硅MOSFET栅隧穿电流的理论预测模型,并在此基础上使用二维器件仿真软件ISE进行了仔细的比对研究,定量分析了在不同栅压、栅氧化层厚度下MOSFET器件的性能.仿真结果很好地与理论分析相符合,为超大规模集成电路的设计提供了有价值的参考. 关键词： 应变硅 准二维表面势 栅隧穿电流 预测模型     

金属氧化物半导体场效应管热载流子退化的1/fγ噪声相关性研究

研究了金属氧化物半导体(MOS)器件在高、中、低三种栅压应力下的热载流子退化效应及其1/fγ噪声特性.基于Si/SiO2界面缺陷氧化层陷阱和界面陷阱的形成理论,结合MOS器件1/f噪声产生机制,并用双声子发射模型模拟了栅氧化层缺陷波函数与器件沟道自由载流子波函数及其相互作用产生能级跃迁、交换载流子的具体过程.建立了热载流子效应、材料缺陷与电参量、噪声之间的统一物理模型.还提出了用噪声参数Sfγ表征高、中、低三种栅应力下金属氧化物半导体场效应管抗热载流子损伤能力的方法.根据热载流子对噪声影响的物理机制设计了实验并验证这个模型.实验结果与模型符合良好.     

硅器件工艺过程中晶体滑移位错的引入和演变

半导体材料硅中存在的原生晶体缺陷(如位错、层错、旋涡缺陷)及半导体硅器件加工工艺过程中的诱生晶体缺陷(如外延层错、热氧化杆状缺陷、扩散导致的缺陷)都会给器件带来有害的影响.为了揭示缺陷是如何影响材料的结构和器件的性能,人们必须设法观察缺陷的位错、形貌,并研究它们是如何引入和演变的. 我们在60kw旋转阳极X光机上,用X射线形貌技术[1]跟踪双极集成电路基本工艺──外延、氧化、扩散过程,观察晶体滑移位错的引入和演变,并研究了滑移位错与器件成品率之间的相关性.在这方面,国内外都有过很好的工作[2,4],现将我们的实验结果报告如…     

MOS器件辐照过程和辐照后效应模拟

模拟MOS器件脉冲电离辐射响应和长时间恢复效应.假设隧道电子从硅进入氧化层和界面态的建立是辐射效应的恢复机理.在整个退火恢复期,采用卷积模型并考虑了栅偏置压的效应.模拟结果表明:退火过程所加栅偏压的大小以及隧道电子效应与建立的界面态所占比例的不同影响器件的恢复率.     

金属氧化物半导体场效应管热载流子退化的1/fγ噪声相关性研究

研究了金属氧化物半导体(MOS)器件在高、中、低三种栅压应力下的热载流子退化效应及其1/f^γ噪声特性.基于Si/SiO₂界面缺陷氧化层陷阱和界面陷阱的形成理论,结合MOS器件1/f噪声产生机制,并用双声子发射模型模拟了栅氧化层缺陷波函数与器件沟道自由载流子波函数及其相互作用产生能级跃迁、交换载流子的具体过程.建立了热载流子效应、材料缺陷与电参量、噪声之间的统一物理模型.还提出了用噪声参数Sf ^{关键词： 金属氧化物半导体场效应管 热载流子 fγ噪声')" href="#">1/fγ噪声}     

一种基于双栅材料的单极性类金属氧化物半导体碳纳米管场效应管设计方法

由于导电沟道-源/漏电极界面处可能发生的载流子带间隧穿,传统类金属氧化物半导体(MOS)碳纳米管场效应管呈现双极性传输特性,极大影响了器件性能的提高及其在电路中的应用.为获得具有理想单极性传输特性的类MOS碳纳米管场效应管,本文提出了一种基于双栅材料的器件设计方法.模拟结果表明,通过合理选取调节电极材料,在不影响器件亚阈值斜率的同时,该设计方法不仅能使开关电流比增大6—9个数量级,有效调节阈值范围,而且能有效消除传统类MOS碳纳米管场效应管的双极性传输特性.进一步研究表明,该设计所获得的器件性能提高与调节     

应变SiGe p 型金属氧化物半导体场效应管栅电容特性研究

由于台阶的出现, 应变SiGe p型金属氧化物半导体场效应管 (pMOSFET) 的栅电容特性与体Si器件的相比呈现出很大的不同, 且受沟道掺杂的影响严重. 本文在研究应变SiGe pMOSFET器件的工作机理及其栅电容C-V 特性中台阶形成机理的基础上, 通过求解器件不同工作状态下的电荷分布, 建立了应变SiGe pMOSFET栅电容模型, 探讨了沟道掺杂浓度对台阶的影响. 与实验数据的对比结果表明, 所建立模型能准确反映应变SiGe pMOSFET器件的栅电容特性, 验证了模型的正确性. 该理论为Si基应变金属氧化物半导体(MOS)器件的设计制造提供了重要的指导作用, 并已成功应用于Si基应变器件模型参数提取软件中, 为Si基应变MOS的仿真奠定了理论基础. 关键词： 应变SiGe pMOSFET 栅电容特性 台阶效应 沟道掺杂     

Er离子注入的富硅SiO2MOS-LED的可见和红外电致发光特性

通过Er离子和Si离子注入并结合高温退火制备了Er掺杂的富硅SiO2薄膜以及ITO/SiON/富硅SiO2:Er/Si MOS结构电致发光器件.研究了富Si浓度的变化对Er3+离子掺杂的电致发光器件的发光性能和传导特性的影响.发现不同Si含量对Er3+离子的不同能级的电致发光会产生不同作用.在富Si量小于5％的条件下,...     

结型磁敏器件──硅磁敏二极管

一、前 言 结型磁敏器件是一种新型半导体磁电转换器件.它有锗、硅磁敏二极管[1],锗[2]、硅磁敏晶体管,磁敏可控硅[3]以及集成式磁敏补偿电路等几种.它们的共同特点是磁灵敏度高,比霍尔元件高几百倍到几千倍.这样高的磁灵敏度是利用半导体的磁阻效应实现的.所谓磁阻效应是利用P-n结性质向半导体注入高电平载流子,利用载流子在磁场中会受到洛伦兹力作用而发生偏转的特性,以改变非平衡载流子的有效寿命和运动路程,达到调制半导体电导率的目的. 六十年代初,有人开始探讨　　　型长基区二极管的磁阻效应[4].过了十年,日本索尼(Sony)公司研制了…     

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究

基于⁶⁰Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明：器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离（shallow trench isolation,STI）寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.     

辐照下背栅偏置对部分耗尽型绝缘层上硅器件背栅效应影响及机理分析

基于部分耗尽型绝缘层上硅（SOI）器件的能带结构,从电荷堆积机理的电场因素入手,为改善辐照条件下背栅Si/SiO₂界面的电场分布,将半导体金属氧化物（MOS）器件和平板电容模型相结合,建立了背栅偏置模型.为验证模型,利用合金烧结法将背栅引出加负偏置,对NMOS和PMOS进行辐照试验,得出:NMOS背栅接负压,可消除背栅效应对器件性能的影响,改善器件的前栅I-V特性;而PMOS背栅接负压,则会使器件的前栅I-V性能恶化.因此,在利用背栅偏置技术改善SOI/NMOS器件性能的同时,也需要考虑背栅偏置对PMOS的影响,折中选取偏置电压.该研究结果为辐照条件下部分耗尽型SOI/MOS器件背栅效应的改善提供了设计加固方案,也为宇航级集成电路设计和制造提供了理论支持.     

高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究

高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作. 针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应, 建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型. 器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、 饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知, HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态, 热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化. MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致, 验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.     

自旋轨道矩调控的垂直磁各向异性四态存储器结构

利用氧化钽缓冲层对垂直各向异性钴铂多层膜磁性的影响,构想并验证了一种四态存储器单元.存储器器件包含两个区域,其中一区域的钴铂多层膜[Pt(3 nm)/Co(0.47 nm)/Pt(1.5 nm)]直接生长在热氧化硅衬底上,另一个区域在磁性膜和衬底之间沉积了一层氧化钽作为缓冲层[TaO x(0.3 nm)/Pt(3 nm)/Co(0.47 nm)/Pt(1.5 nm)],缓冲层导致两个区域的垂直磁各向异性不同.在固定的水平磁场下对器件施加与磁场同向的电流,由于电流引起的自旋轨道耦合力矩,两个区域的磁化取向均会发生翻转,且拥有不同的临界翻转电流.改变通过器件导电通道的电流脉冲形式,器件的磁化状态可以在4个态之间切换.本文器件的结构为设计自旋轨道矩存储器件提供了新的思路.     

应变Si NMOS积累区电容特性研究

积累区MOS电容线性度高且不受频率限制, 具有反型区MOS电容不可比拟的优势. 本文在研究应变Si NMOS电容C-V特性中台阶效应形成机理的基础上, 通过求解电荷分布, 建立了应变Si/SiGe NMOS积累区电容模型, 并与实验结果进行了对比, 验证了模型的正确性. 最后, 基于该模型, 研究了锗组分、应变层厚度、掺杂浓度等参数对台阶效应的影响, 为应变Si器件的制造提供了重要的指导作用. 本模型已成功用于硅基应变器件模型参数提取软件中, 为器件仿真奠定了理论基础. 关键词： 应变Si NMOS 积累区电容 台阶效应 电荷分布     

硅光电集成的曙光：多孔硅的电致发光

近两年来，多孔硅发光特性已经成为国际半导体界的研究热点，介绍了多孔硅器件电致发光方面的研究进展，给出了多孔硅器件的基本结构以及相应的光谱响应，阐述了多孔硅固态的电致发光在硅光电集成发展过程中的重要意义以及目前尚未解决的问题，展示了它们在技术领域中的潜在应用。     

半导体激光器

TN248.4 2004064104 高铝Al_xGa_(1-x)As氧化层对垂直腔面发射激光器的影响=EffeCt of high aluminum AlGaAs oxidized layers on vertical cavity surface-emitting lasers[刊,中]/康香宁(中科院半导体所光电子器件国家工程中心,北京(100083)),宋国峰…∥半导体学报.—2004,25(5).—589-593 针对可见光垂直腔面发射激光器的制备,通过湿氮氧化实验和测量微区光致发光谱分别研究了高铝组分Al_xGa_(1-x)As的氧化特性及氧化产物的收缩应力对有源区的影响.结合器件结构设计确定了氧化限制层Al_xGa_(1-x)As的铝组分和最佳位置,并制备出了低阈值电流的AlGaInP系垂直腔面发射激光器。图7参12(严寒)     

红外波长上转换器件中载流子阻挡结构的研究

复杂半导体材料结构中的载流子分布特性对器件性能有重要影响. 本文针对一种新型的波长上转换红外探测器, 研究了载流子阻挡结构对载流子分布和器件特性的影响. 论文通过自洽求解薛定谔方程、泊松方程、电流连续性方程和载流子速率方程分析了不同器件结构中的空穴分布. 同时, 生长了相应结构的外延材料, 并通过电致荧光谱分析了载流子阻挡结构对器件特性的影响. 结果表明, 2 nm厚的AlAs势垒层既能有效阻挡空穴又不影响电子输运, 有利于制作波长上转换红外探测器. 此外, 论文分析了阻挡势垒层的厚度和高度以及工作温度对载流子分布的影响. 本文研究结果亦可应用于其他载流子非均匀分布的半导体器件.     

阶梯氧化层新型折叠硅横向双扩散功率器件

为了设计功率集成电路所需的低功耗横向功率器件, 提出了一种具有阶梯氧化层折叠硅横向双扩散金属-氧化物-半导体(step oxide folding LDMOS, SOFLDMOS)新结构. 这种结构将阶梯氧化层覆盖在具有周期分布的折叠硅表面, 利用阶梯氧化层的电场调制效应, 通过在表面电场分布中引入新的电场峰而使表面电场分布均匀, 提高了器件的耐压范围, 解决了文献提出的折叠积累型横向双扩散金属-氧化物-半导体器件击穿电压受限的问题. 通过三维仿真软件ISE分析获得, SOFLDMOS 结构打破了硅的极限关系, 充分利用了电场调制效应、多数载流子积累和硅表面导电区倍增效应, 漏极饱和电流比一般LDMOS 提高3.4倍左右, 可以在62 V左右的反向击穿电压条件下, 获得0.74 mΩ·cm²超低的比导通电阻, 远低于传统LDMOS相同击穿电压下2.0 mΩ·cm²比导通电阻, 为实现低压功率集成电路对低功耗横向功率器件的要求提供了一种可选的方案.     

超薄屏蔽层300 V SOI LDMOS抗电离辐射总剂量仿真研究

本文研究了300 V绝缘体上硅横向双扩散金属氧化物半导体场效应管在电离辐射总剂量效应下的线性电流退化机理,提出了一种具有超薄屏蔽层的抗辐射结构实现线性电流加固.超薄屏蔽层位于器件场氧化层的下方,旨在阻止P型掺杂层表面发生反型,从而截断表面电流路径,有效抑制线性电流的退化.对于横向双扩散金属氧化物半导体场效应管,漂移区上的场氧化层中引入的空穴对线性电流的退化起着主导作用.本文基于器件工艺仿真软件,研究器件在辐照前后的电学特性,对超薄屏蔽层的长度、注入能量、横向间距进行优化,给出相应的剂量窗口,在电离辐射总剂量为0—500 krad(Si)的条件下,将最大线性电流增量从传统结构的447%缩减至10%以内,且辐照前后击穿电压均维持在300 V以上.