不同晶面的氢终端单晶金刚石场效应晶体管特性

通过微波等离子体化学气相淀积技术生长单晶金刚石并切割得到(110)和(111)晶面金刚石片,以同批器件工艺制备两种晶面上栅长为6μm的氢终端单晶金刚石场效应管,从材料和器件特性两方面对两种晶面金刚石进行对比分析.(110)面和(111)面金刚石的表面形貌在氢终端处理后显著不同,光学性质则彼此相似.VGS=–4 V时,(111)金刚石器件获得的最大饱和电流为80.41 m A/mm,约为(110)金刚石器件的1.4倍;其导通电阻为48.51 W·mm,只有(110)金刚石器件导通电阻的67%.通过对器件电容-电压特性曲线的分析得到,(111)金刚石器件沟道中最大载流子密度与(110)金刚石器件差异不大.分析认为,(111)金刚石器件获得更高饱和电流和更低导通电阻,应归因于较低的方阻.     

单晶金刚石氢终端场效应晶体管特性

基于微波等离子体化学气相淀积生长的单晶金刚石制作了栅长为2μm的耗尽型氢终端金刚石场效应晶体管,并对器件特性进行了分析.器件的饱和漏电流在栅压为-6 V时达到了96 mA/mm,但是在-6 V时栅泄漏电流过大.在-3.5 V的安全工作栅压下,饱和漏电流达到了77 mA/mm.在器件的饱和区,宽5.9 V的栅电压范围内,跨导随着栅电压的增加而近线性增大到30 mS/mm.通过对器件导通电阻和电容-电压特性的分析,氢终端单晶金刚石的二维空穴气浓度达到了1.99×10~(13)cm~(-2),并且迁移率和载流子浓度均随着栅压向正偏方向的移动而逐渐增大.分析认为,沟道中高密度的载流子、大的栅电容以及迁移率的逐渐增加是引起跨导在很大的栅压范围内近线性增加的原因.     

高跨导氢终端多晶金刚石长沟道场效应晶体管特性研究

基于多晶金刚石制作了栅长为4 pm的铝栅氢终端金刚石场效应晶体管.器件的饱和漏源电流为160 mA/mm,导通电阻低达37.85Ω·mm,最大跨导达到32 mS/mm,且跨导高于最大值的90%的栅压(V_(GS))范围达到3 V(-2 V≤V_(GS)≤-5 V).通过传输线电阻分析以及器件的导通电阻和电容-电压特性分析,发现氢终端多晶金刚石栅下沟道中的空穴面浓度达到了1.56×10~(13)cm~(-2),有效迁移率在前述高跨导栅压范围保持在约170 cm~2/(V·s).分析认为,较低的栅源和栅漏串联电阻、沟道中高密度的载流子和在大范围栅压内的高水平迁移率是引起高而宽阔的跨导峰和低导通电阻的原因.     

低工作电压聚噻吩薄膜晶体管

以高掺杂Si单晶片作为衬底且充当栅电极,采用磁控溅射法在硅片上沉积HfTiO薄膜作为栅介质层,聚三己基噻吩(P3HT)薄膜作为半导体活性层,金属Au作为源、漏电极,并采用十八烷基三氯硅烷(OTS)对栅介质层表面修饰,在空气环境下成功地制备出聚合物薄膜晶体管(PTFT).PTFT器件测试结果表明,该晶体管在低的驱动电压(<-1 V)下仍呈现出良好的饱和行为,其阈值电压和有效场效应迁移率分别为0.4 V和2.2×10^-2 cm²/V ·s.通过对金属-聚合物-氧化物 关键词： 聚合物薄膜晶体管 聚三己基噻吩 场效应迁移率 k栅介质')" href="#">高k栅介质     

ZnO/ZnMgO异质结场效应管的制备与性能研究

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在ZnO/ZnMgO异质结构上制备SiO₂作为栅绝缘层,采用光刻与腐蚀工艺制备ZnO/ZnMgO异质结场效应管。电学性能测试及计算结果表明器件栅压调控作用明显。发现栅端漏电流对器件性能造成一定影响。在低温条件下,栅绝缘层产生钝化,从而能够改善器件的性能。     

硼氢协同掺杂Ib型金刚石大单晶的高温高压合成与电学性能研究

在压力6.0 GPa和温度1600 K条件下, 利用温度梯度法研究了(111)晶面硼氢协同掺杂Ib型金刚石的合成. 傅里叶红外光谱测试表明: 氢以sp³杂化的形式存在于所合成的金刚石中, 其对应的红外特征吸收峰位分别位于2850 cm^-1和2920 cm^-1处. 此外, 霍尔效应测试结果表明: 所合成的硼氢协同掺杂金刚石具有p型半导体材料特性. 相对于硼掺杂金刚石而言, 由于氢的引入导致硼氢协同掺杂金刚石电导率显著提高. 为了揭示硼氢协同掺杂金刚石电导率提高的原因, 对不同体系进行了第一性原理理论计算, 计算结果表明其与实验结果符合. 该研究对金刚石在半导体领域的应用有重要的现实意义.     

基于环形栅和半环形栅N沟道金属氧化物半导体晶体管的总剂量辐射效应研究

在商用0.35 μm互补金属氧化物半导体工艺上制备了两种栅氧化层厚度(t_ox)的条形栅、环形栅和半环形栅N沟道金属氧化物半导体 (n-channel metal oxide semiconductor, 简记为NMOS) 晶体管, 并进行了2000 Gy(Si)的总剂量辐射效应实验. 实验结果显示, 栅氧厚度对阈值电压漂移的影响大于栅氧厚度的3次方. 对于t_ox为11 nm的低压NMOS晶体管, 通过环形栅或半环形栅的加固方式能将其抗总剂量辐射能力从300 Gy(Si)提高到2000 Gy(Si)以上; 而对于t_ox为26 nm的高压NMOS晶体管, 通过环栅或半环栅的加固方式, 则只能在低于1000 Gy(Si)的总剂量下, 一定程度地抑制截止漏电流的增加. 作为两种不同的版图加固方式, 环形栅和半环形栅对同一t_ox的NMOS器件加固效果类似, 环形栅的加固效果略优于半环形栅. 对于上述实验结果, 进行了理论分析并阐释了产生这些现象的原因. 关键词： 环形栅 半环形栅 总剂量 辐射效应     

氢、氧终端掺硼金刚石薄膜的电子结构

利用氢微波等离子体溅射和浓酸中沸煮方法分别制备了氢、氧终端掺硼金刚石薄膜.借助X射线光电子能谱及接触角检测对两种终端薄膜表面进行了分析,通过扫描探针显微镜研究了针尖和样品间的扫描隧道谱.结果表明,氢终端掺硼金刚石表面能带向上弯曲,在高于价带顶位置存在浅受主能级;氧终端表面能带向下弯曲,带隙较宽,带隙中不存在表面态.对两种终端金刚石薄膜的导电机理进行了讨论. 关键词： 氢终端 氧终端 掺硼金刚石薄膜 电子结构     

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     

低温透明非晶IGZO薄膜晶体管的光照稳定性

采用室温射频磁控溅射非晶铟镓锌氧化合物(a-IGZO), 在相对低的温度(<200 ℃)下成功制备底栅a-IGZO 薄膜晶体管器件, 其场效应迁移率10 cm^-2·V^-1·s^-1, 开关比大于10⁷, 亚阈值摆幅 SS为0.4 V/dec, 阈值电压为3.6 V. 栅电压正向和负向扫描未发现电滞现象. 白光发光二极管光照对器件的输出特性基本没有影响, 表明制备的器件可用于透明显示器件. 研究了器件的光照稳定性, 光照10000 s后器件阈值电压负向偏移约0.8 V, 这种漂移是由于界面电荷束缚所致. 关键词： 非晶铟镓锌氧化合物 薄膜晶体管 光照稳定性 电滞现象     

高迁移率聚合物薄膜晶体管

以高掺杂Si单晶片作为栅电极, 热生长SiO₂作为栅介质层, 聚三己基噻吩薄膜作为半导体活性层, Au作为源、漏电极, 并采用十八烷基三氯硅烷（OTS）对栅介质表面改性, 在空气环境下成功地制备出高性能聚合物薄膜晶体管. 结果表明, 通过采用OTS对栅介质层表面修饰大幅度地改善了聚合物薄膜晶体管的电性能, 器件的场效应迁移率高达0.02 cm²/（Vs）, 开关电流比大于10⁵. 关键词： 聚合物薄膜晶体管 聚三己基噻吩 场效应迁移率 表面修饰     

具有高开启/关断电流比的Al2O3/AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管

采用原子层淀积(ALD)方法,制备了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)。在栅压为-20 V时,MOS-HEMT的栅漏电比Schottky-gate HEMT的栅漏电低4个数量级以上。在栅压为+2 V时,Schottky-gate HEMT的栅漏电为191μA;在栅压为+20 V时,MOS-HEMT的栅漏电仅为23.6 nA,比同样尺寸的Schottky-gate HEMT的栅漏电低将近7个数量级。AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅压摆幅达到了±20 V。在栅压V_gs=0 V时, MOS-HEMT的饱和电流密度达到了646 mA/mm,相比Schottky-gate HEMT的饱和电流密度(277 mA/mm)提高了133%。栅漏间距为10μm的AlGaN/GaN MOS-HEMT器件在栅压为+3 V时的最大饱和输出电流达到680 mA/mm,特征导通电阻为1.47 mΩ·cm²。Schottky-gate HEMT的开启与关断电流比仅为10⁵,MOS-HEMT的开启与关断电流比超过了10⁹,超出了Schottky-gate HEMT器件4个数量级,原因是栅漏电的降低提高了MOS-HEMT的开启与关断电流比。在V_gs=-14 V时,栅漏间距为10μm的AlGaN/GaN MOS-HEMT的关断击穿电压为640 V,关断泄露电流为27μA/mm。     

具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管

介绍了一种具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管。采用原子层淀积(ALD)方法实现Al₂O₃栅介质的沉积。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅长(L_g)为2 μm,栅宽(W_g)为0.9 mm(0.45 mm×2),栅极和源极(L_gs)之间的距离为5 μm,栅极和漏极(L_gd)之间的距离为10 μm。在栅压为－20 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电仅为0.65 nA。在栅压为+12 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电为225 nA。器件的栅压摆幅为－20~+12 V。在栅压V_gs=+10 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT电流和饱和电流密度分别达到了98 mA和108 mA/mm (W_g=0.9 mm), 特征导通电阻为4 mΩ·cm²。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的阈值电压为+4.6 V,开启与关断电流比达到了5×10⁸。当V_ds=7 V时,器件的峰值跨导为42 mS/mm (W_g=0.9 mm,V_gs=+10 V)。在V_gs=0 V时,栅漏间距为10 μm的槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的关断击穿电压为450 V,关断泄露电流为0.025 mA/mm。     

高线性度Al_xGa_(1-x)N/Al_yGa_(1-y)N/GaN高电子迁移率晶体管优化设计

对新型复合沟道AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)进行了优化设计.从半导体能带理论与量子阱理论出发,自洽求解了器件层结构参数对器件导带能级以及二维电子气(2DEG)中载流子浓度和横向电场的影响.用TCAD软件仿真得到了器件的层结构参数对器件性能的影响.结合理论分析和仿真结果确定了器件的最佳外延层结构Al0.31Ga0.69N/Al0.04Ga0.96N/GaNHEMT.对栅长1μm,栅宽100μm的器件仿真表明,器件的最大跨导为300mS/mm,且在栅极电压-2—1V的宽范围内跨导变化很小,表明器件具有较好的线性度;器件的最大电流密度为1300mA/mm,特征频率为11.5GHz,最大振荡频率为32.5GHz.     

类金刚石和碳氮薄膜的电化学沉积及其场发射性能研究

利用电化学方法在室温下成功地沉积了类金刚石(DLC)薄膜和非晶CN_x薄膜，并 对制备条件进行了讨论.通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱技术，分析了薄膜的表面形貌和化学结合状态.场发射测量结果表明：DLC膜和非晶CN_x的开启场分别为88和 10V/μm；并且在23V/μm的电场下，DLC膜和非晶CN_x膜的发射电流密度分别达到10 和037mA/cm². 关键词： 电化学沉积 类金刚石薄膜 x薄膜')" href="#">CN_x薄膜 场致电子发射     

N2O处理对背沟刻蚀金属氧化物薄膜晶体管性能的影响

通过采用稀土元素镨掺杂铟锡锌氧化物半导体作为薄膜晶体管沟道层,成功实现了基于铝酸的湿法背沟道刻蚀薄膜晶体管的制备.研究了N₂O等离子体处理对薄膜晶体管背沟道界面的影响,对其处理功率和时间对器件性能的影响做了具体研究.结果表明,在一定的功率和时间处理下能获得良好的器件性能,所制备的器件具有良好的正向偏压热稳定性和光照条件下负向偏压热稳定性.高分辨透射电镜结果显示,该非晶结构的金属氧化物半导体材料可以有效抵抗铝酸的刻蚀,未发现明显的成分偏析现象.进一步的X射线光电能谱测试表明, N₂O等离子体处理能在界面处形成一个富氧、低载流子浓度的界面层.其一方面可以有效抵抗器件在沉积氧化硅钝化层时等离子体对背沟道的损伤;另一方面作为氢的钝化体,抑制了低能级施主态氢的产生,为低成本、高效的薄膜晶体管性能优化方式提供了重要参考.     

铜上采用过渡层沉积类金刚石薄膜的研究

将等离子增强非平衡磁控溅射物理气相沉积(PEUMS-PVD)和电子回旋共振-微波等离子体增强化学气相沉积(MW-ECRPECVD)技术相结合，通过制备不同的过渡层，在铜基上成功地制备了类金刚石膜.拉曼光谱分析表明，所制备的碳膜具有典型的类金刚石结构特征.检测结果表明，随着沉积偏压的增大，D峰和G峰均向高波数漂移，I_D/I_G值增大，表面粗糙度减小，而平均硬度和弹性模量呈先增大后减小的趋势. 关键词： 铜基体 类金刚石膜 过渡层 拉曼光谱     

基于感光栅极GaN高迁移率晶体管的新型探测器制备与优化（英文）

利用GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅控特性和锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜的光伏效应,在HEMT器件的栅极处沉积一层PZT铁电薄膜,提出了一种新型的(光敏感层/HEMT)探测结构.为制备出光伏性能优异的薄膜,对不同的溅射功率和退火温度制备的PZT铁电薄膜进行表面形貌和铁电性能分析.发现200 W溅射功率、700℃的退火温度制备的薄膜表面晶粒生长明显,剩余极化强度为38.0μC·cm-2.工艺制备GaN基HEMT器件并把PZT薄膜沉积到器件栅极上.在无光和365nm紫外光照射下对有、无铁电薄膜的HEMT探测器的输出特性进行测试.结果显示,在光照时,有铁电薄膜的HEMT器件相较于无光时,源-漏饱和电压最多降低3.55V,饱和电流最多增加5.84mA,表明新型感光栅极HEMT探测器对紫外光具有优异的探测效果.为实现对新型探测器的结构进行优化的目的,对栅长为1μm、2μm和3μm等不同栅长的探测器进行光照测试.结果表明,在紫外光照射下,三种探测器的漏极饱和电流分别为23mA、20mA和17mA,所以栅长越长器件的饱和电流越小,探测性能越差.     

氢的强化刻蚀对金刚石薄膜品质的影响与sp2杂化碳原子的存在形态

用化学气相沉积方法制备了金刚石薄膜.在制备过程中，通过间歇式关闭甲烷气体，强化了氢对sp2杂化碳原子的刻蚀.用拉曼光谱和金相显微镜对薄膜进行了分析表征.结果表明，氢对sp2杂化碳原子的强化刻蚀并未影响金刚石薄膜的品质和微观结构.这一结论说明，在金刚石薄膜中，sp2杂化碳原子主要存在于金刚石晶粒表面和晶界碳原子之间,而不是以石墨或无定形碳颗粒为主要存在方式. 关键词： 化学气相沉积 金刚石薄膜 拉曼光谱 强化刻蚀     

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