GaN/VSe2范德瓦耳斯异质结电接触特性及调控效应

降低金属-半导体界面的肖特基势垒并实现欧姆接触对于研发高性能肖特基场效应管非常重要.鉴于实验上已成功制备GaN及1T-VSe₂单层,本文理论构建GaN/1T-VSe₂异质结模型,并利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了其稳定性、肖特基势垒特性及其调控效应.计算的形成焓及淬火分子动力学模拟表明构建的异质结是稳定的.研究表明:本征异质结为p型肖特基接触,同时发现施加拉伸或压缩应变,异质结始终保持p型肖特基接触不变,没有出现欧姆接触.而施加外电场则不同,具有明显的调控效应,较高的正向电场能使异质结从肖特基接触转变为欧姆接触,较高的反向电场能导致p型肖特基接触转变为n型肖特基接触.特别是实施化学掺杂,异质结较容易实现由肖特基接触到欧姆接触的转变,例如引入B原子能使GaN/1T-VSe₂异质结实现典型的欧姆接触,而C和F原子掺杂,能使GaN/1T-VSe₂异质结实现准欧姆接触.这些研究对该异质结的实际应用提供了理论参考,特别是对于研发新型高性能纳米场效应管具有重要意义.     

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…     

p型GaN/Al0.35Ga0.65N/GaN应变量子阱中二维空穴气的研究

对Ga面p型GaN/Al_0.35Ga_0.65N/GaN应变异质结构中形成的二维空穴气(2DHG)进行了研究.首先基于半导体-绝缘体-半导体异质结构模型确定了应变异质中的临界厚度，然后自洽求解薛定谔方程和泊松方程，计算了当中间势垒层AlGaN处于完全应变状态和半应变状态两种条件下，顶层GaN及中间层AlGaN厚度的变化对2DHG分布的影响.计算结果表明，势垒层AlGaN和顶层GaN的应变状态和厚度对极化引起的2DHG面密度及分布有重要影响.在此基础上制备了p型GaN/Al_0.35Ga_0.65N/GaN应变量子阱结构肖特基器件，并通过器件的C-V测试证实了异质结处2DHG的存在.器件响应光谱的测试结果表明，由于p型GaN/Al_0.35Ga_0.65N/GaN量子阱中强烈的极化作用和Stark效应使得器件零偏压和反向偏压时的响应光谱都向短波方向移动了10 nm，在零偏压下器件在280 nm处的峰值响应为0.022 A/W，在反向偏压为1 V时，峰值响应达到0.19 A/W，已经接近理论值. 关键词： AlGaN 二维空穴气 极化效应     

二硫化钨/石墨烯异质结的界面相互作用及其肖特基调控的理论研究

采用第一性原理方法研究了二硫化钨/石墨烯异质结的界面结合作用以及电子性质,结果表明在二硫化钨/石墨烯异质结中,其界面相互作用是微弱的范德瓦耳斯力.能带计算结果显示异质结中二硫化钨和石墨烯各自的电子性质得到了保留,同时,由于石墨烯的结合作用,二硫化钨呈现出n型半导体.通过改变界面的层间距可以调控二硫化钼/石墨烯异质结的肖特基势垒类型,层间距增大,肖特基将从p型转变为n型接触.三维电荷密度差分图表明,负电荷聚集在二硫化钨附近,正电荷聚集在石墨烯附近,从而在界面处形成内建电场.肖特基势垒变化与界面电荷流动密切相关,平面平均电荷密度差分图显示,随着层间距逐渐增大,界面电荷转移越来越弱,且空间电荷聚集区位置向石墨烯层方向靠近,导致费米能级向上平移,证实了肖特基势垒随着层间距的增加由p型接触向n型转变.本文的研究结果将为二维范德瓦耳斯场效应管的设计与制作提供指导.     

非对称氧掺杂对石墨烯/二硒化钼异质结肖特基势垒的调控

在纳米逻辑器件中,制造低的肖特基势垒仍然是一个巨大的挑战.本文采用密度泛函理论研究了非对称氧掺杂对石墨烯/二硒化钼异质结的结构稳定性和电学性质的影响.结果表明石墨烯与二硒化钼形成了稳定的范德瓦耳斯异质结,同时保留了各自的电学特性,并且形成了0.558 eV的n型肖特基势垒.此外,能带和态密度数据表明非对称氧掺杂可以调控石墨烯/二硒化钼异质结的肖特基接触类型和势垒高度.当氧掺杂在界面内和界面外时,随着掺杂浓度的增大,肖特基势垒高度都逐渐降低.特别地,当氧掺杂在界面外时, n型肖特基势垒高度可以降低到0.112 eV,提高了电子的注入效率.当氧掺杂在界面内时, n型肖特基接触转变为欧姆接触.平面平均电荷密度差分显示随着掺杂浓度的增大,界面电荷转移数量逐渐增多,导致费米能级向二硒化钼导带底移动,证实了随着氧掺杂浓度增大肖特基势垒逐渐降低,并由n型肖特基向欧姆接触的转变.研究结果将对基于石墨烯的范德瓦耳斯异质结肖特基势垒调控提供理论指导.     

电场对graphene/InSe范德瓦耳斯异质结肖特基势垒的调控

半导体与金属接触是制作纳电子和光电子器件时非常重要的问题,接触类型对器件的功能实现和性能影响很大.为了制备高性能多功能化器件,就必须对界面处的势垒高度和接触类型进行调控.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了外电场作用下graphene/In Se范德瓦耳斯异质结的电子结构.计算结果表明异质结中的graphene和In Se保留了各自的本征电子性质,在界面处形成了欧姆接触.外电场可以有效调控graphene/In Se异质结中的肖特基势垒,不但可以调控肖特基势垒的高度,而且可以调控界面接触类型.外电场还可以有效调控graphene和In Se界面电荷转移的数量和方向.     

非金属元素掺杂二硒化钨/石墨烯异质结对其肖特基调控的理论研究

采用平面波超软赝势方法研究了非金属元素掺杂对二硒化钨/石墨烯肖特基电子特性的影响.研究表明二硒化钨与石墨烯层间以范德瓦耳斯力结合形成稳定的结构.能带结果表明二硒化钨与石墨烯在稳定层间距下形成n型肖特基势垒.三维电子密度差分图表明石墨烯中的电子向二硒化钨移动,使二硒化钨表面带负电,石墨烯表面带正电,界面形成内建电场.分析表明,将非金属原子掺杂二硒化钨可以有效地调控二硒化钨/石墨烯肖特基势垒的类型和高度. C, O原子掺杂二硒化钨时,肖特基类型由p型转化为n型,并有效降低了肖特基势垒的高度; N, B原子掺杂二硒化钨时,掺杂二硒化钨体系表现出金属性,与石墨烯接触表现为欧姆接触.本文结果可为二维场效应晶体管的设计与制作提供相关指导.     

二维Janus结构的PdSSe/石墨烯接触特性的第一性原理探究

Janus结构由于其两侧的原子不同,存在一个内建电场.在本工作中,将具有Janus结构的六角PdSSe与石墨烯复合,构成范德瓦尔斯异质结构.通过基于密度泛函理论的第一性原理计算对其几何结构和电子结构进行了研究.计算中考虑了两种堆叠方式,即Se侧与石墨烯接触和S侧与石墨烯接触.当S侧与石墨烯接触时,体系具有更小的平衡间距和更大的电荷转移,结合能更低. S侧与石墨烯接触时形成了为n型欧姆接触;Se侧与石墨烯接触时形成了势垒极低的n型肖特基接触.最后,讨论了垂直应变对接触特性的影响.通过施加垂直应变,PdSSe/石墨烯的接触类型具有显著的可调性.     

p型GaN/Al0.35Ga0.65N/GaN应变量子阱中二维空穴气的研究

对Ga面p型GaN/Al0.35Ga0.65N/GaN应变异质结构中形成的二维空穴气(2DHG)进行了研究.首先基于半导体-绝缘体-半导体异质结构模型确定了应变异质中的临界厚度,然后自洽求解薛定谔方程和泊松方程,计算了当中间势垒层AlGaN处于完全应变状态和半应变状态两种条件下,顶层GaN及中间层AlGaN厚度的变化对2DHG分布的影响.计算结果表明,势垒层AlGaN和顶层GaN的应变状态和厚度对极化引起的2DHG面密度及分布有重要影响.在此基础上制备了p型GaN/Al0.35 Ga0.65N/GaN应变量子阱结构肖特基器件,并通过器件的C-V测试证实了异质结处2DHG的存在.器件响应光谱的测试结果表明,由于p型GaN/Al0.35Ga0.65N/GaN量子阱中强烈的极化作用和Stark效应使得器件零偏压和反向偏压时的响应光谱都向短波方向移动了10 nm,在零偏压下器件在280 nm处的峰值响应为0.022 A/W,在反向偏压为1 V时,峰值响应达到0.19 A/W,已经接近理论值.     

金属与半导体Ge欧姆接触制备、性质及其机理分析

金属与Ge材料接触时界面处存在着强烈的费米钉扎效应, 尤其与n型Ge形成的欧姆接触的比接触电阻率高, 是制约Si基Ge器件性能的关键因素之一. 本文对比了分别采用金属Al和Ni 与Si衬底上外延生长的p型Ge和n型Ge材料的接触特性. 发现在相同的较高掺杂条件下, NiGe与n型Ge可形成良好的欧姆接触, 其比接触电阻率 较 Al接触降低了一个数量级, 掺P浓度为2×10¹⁹ cm^-3时达到1.43×10^-5 Ω·cm². NiGe与p型Ge接触和Al接触的比接触电阻率相当, 掺B浓度为4.2×10¹⁸ cm^-3时达到1.68×10^-5 Ω·cm². NiGe与n型Ge接触和Al电极相比较, 在形成NiGe过程中, P杂质在界面处的偏析是其接触电阻率降低的主要原因. 采用NiGe作为Ge的接触电极在目前是合适的选择. 关键词： 金属与Ge接触性质 NiGe 比接触电阻率     

应变和电场对Ga2SeTe/In2Se3异质结电子结构和光学性质的影响

异质结构的构筑与堆垛是新型二维材料物性调控及应用的有效策略.基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文研究了4种不同堆叠构型的新型二维Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结的电子结构和光学性质. 4种异质结构型均为Ⅱ型能带结构的间接带隙半导体,光致电子的供体和受体材料由二维In₂Se₃的极化方向决定.光吸收度在可见光区域高达25%,有利于太阳可见光的有效利用.双轴应变可诱导直接-间接带隙转变,外加电场能有效调控异质结构带隙,使AA2叠加构型的带隙从0.195 eV单调增大到0.714 eV,AB2叠加构型的带隙从0.859 eV单调减小到0.058 eV,两种调控作用下异质结的能带始终保持Ⅱ型结构.压缩应变作用下的异质结在波长较短的可见光区域表现出更优异的光吸收能力.这些研究结果揭示了Janus Ga₂SeTe/In₂Se₃范德瓦耳斯异质结电子结构的调控机理,为新型光电器件的设计提供理论指导.     

组合材料方法研究膜厚对Ni/SiC电极接触性质的影响

采用组合材料方法研究了金属Ni膜厚对Ni/SiC接触性质的影响.16个膜厚均为18 nm的Ni/SiC电极具有较为一致的肖特基接触性质;膜厚从10 nm增加到160 nm,肖特基接触的电流-电压（I-V）曲线随膜厚发生显著变化.分析表明这种变化源于膜厚对理想因子n和有效势垒高度Ф_B的影响.1000℃快速退火后,这些肖特基接触都转变为欧姆接触,Ni₂Si是主要的生成物.I-V曲线测 关键词： 碳化硅 肖特基接触 欧姆接触 组合材料方法     

AlGaN/GaN异质结Ni/Au肖特基表面处理及退火研究

采用O₂等离子体及HF溶液对AlGaN/GaN异质结材料进行表面处理后，Ni/Au肖特基接触特性比未处理有了明显改善，反向泄漏电流减小3个数量级.对制备的肖特基接触进行200—600℃ 5min的N₂气氛退火，发现退火冷却后肖特基反向泄漏电流随退火温度增大进一步减小.N₂气中600℃退火后肖特基二极管C-V特性曲线在不同频率下一致性变好，这表明退火中Ni向材料表面扩散减小了表面陷阱密度；C-V特性曲线随退火温度增大向右移动，从二维电子气耗尽电压绝对值减小反映了肖特基势垒的提高. 关键词： AlGaN/GaN 肖特基接触 表面处理 退火     

半绝缘GaAs的欧姆接触电极材料Ag/Co掺杂的非晶碳膜制备与检测

稳定的欧姆接触对半导体器件的正常工作起到至关重要的作用.目前市场上主要采用金/金锗镍合金作为n型GaAs的电极材料,工艺复杂,成本高昂.本文研究了一种新型的、廉价的适用于半绝缘GaAs的欧姆接触电极材料Ag/Co掺杂的非晶碳膜及其制备过程,以便于读者对半导体器件的制备工艺和流程有所了解.     

肖特基势垒形成的研究

金属-半导体接触的整流性质是一个古老的固体物理问题.它的发现可追溯到1874年Braun对金属-硫化铜接触的导电性质的研究.Schottky(肖特基)最早系统地研究了金属-半导体接触,他指出,接触的整流性质是来自接触附近半导体内形成的势垒.后来,人们常把金属-半导体接触形成的势垒称为肖特基势垒. 关于肖特基势垒形成的理论,最早由Scho-ttky,Mott等人提出.1947年 Bardeen把半导体表面电子态的概念引入这个理论中.从此这个传统的理论被学术界广泛地接受,成为半导体物理教科书的重要内容[1].由于表面电子态是固体物理学中一个非常重要的课题,以及门…     

以弱p型为有源区的新型p-n结构GaN紫外探测器

提出了以弱p型（p^－-GaN）为有源区的p-n结构GaN紫外探测器.由于弱p型层的载流子浓度较低,很容易增加耗尽区的宽度,从而可以增加器件的量子效率.通过模拟计算,研究了金属与p^－-GaN层的肖特基接触势垒高度、p^－-GaN层厚度等参数对器件性能的影响.研究结果表明,降低金属与p^－-GaN层的接触势垒高度、适当减小p^－-GaN层厚度能够实现有源层方向单一的内建电场,从而提高器件的量子效率.要制备出 关键词： 弱p型GaN 紫外探测器 量子效率     

瞬态光电流对有机薄膜光伏器件中肖特基接触的研究

制备了结构为氧化铟锡(ITO)/有机半导体/金属的有机薄膜光伏器件,电流--电压曲线显示其具有整流特性但有机半导体和电极间肖特基接触的内建电场方向很难判定.为了研究有机半导体和电极的肖特基接触特性,分别制备了结构为ITO/有机绝缘层/有机半导体/金属和ITO/有机半导体/有机绝缘层/金属的器件,通过调制激光照射下器件的瞬态光电流方向可容易判断有机半导体和电极间肖特基接触的内建电场方向,外加偏压下瞬态光电流的强度变化进一步证实了判断的正确性.     

表面化学处理和退火对p-GaN/ZnO:Ga接触特性的影响

ZnO∶Ga(GZO)透明电极沉积在p-GaN表面,用作透明电流扩展层。直接沉积在p-GaN上的p-GaN/GZO存在较大的势垒,容易形成肖特基接触,而良好的欧姆接触对功率LED器件至关重要。为了降低接触势垒,采用盐酸和氢氧化钠溶液对GaN表面进行去氧化层处理,并对p-GaN/GZO进行退火处理,研究表面处理和退火对p-GaN/GZO接触特性的影响。研究表明:碱性溶液处理有利于降低接触势垒;退火处理后,接触势垒略有增加。     

低反向漏电自支撑衬底AlGaN/GaN肖特基二极管

氮化镓材料具有大的禁带宽度(3.4 eV)、高的击穿场强(3.3 MV/cm),在高温、高压等方面有良好的应用前景.尤其是对于铝镓氮/氮化镓异质结构材料而言,由极化效应产生的高面密度和高迁移率二维电子气在降低器件导通电阻、提高器件工作效率方面具有极大的优势.由于缺乏高质量、大尺寸的氮化镓单晶衬底,常规氮化镓材料均是在蓝宝石、硅和碳化硅等异质衬底上外延而成.较大的晶格失配和热失配导致异质外延过程中产生密度高达10~7—10¹⁰ cm^–2的穿透位错,使器件性能难以进一步提升.本文采用基于自支撑氮化镓衬底的铝镓氮/氮化镓异质结构材料制备凹槽阳极结构肖特基势垒二极管,通过对欧姆接触区域铝镓氮势垒层刻蚀深度的精确控制,依托单步自对准凹槽欧姆接触技术解决了低位错密度自支撑氮化镓材料的低阻欧姆接触技术难题,实现了接触电阻仅为0.37Ω·mm的低阻欧姆接触;通过采用慢速低损伤刻蚀技术制备阳极凹槽区域,使器件阳极金属与氮化镓导电沟道直接接触,实现了高达3×107开关比的高性能器件,且器件开启电压仅为0.67 V, 425 K高温下,器件反向漏电仅为1.6×10...     

传输线模型测量Au/Ti/p型金刚石薄膜的欧姆接触电阻率

采用传输线模型测量了重B掺杂p型金刚石薄膜(约10²⁰cm^-3)上Ti/A u欧姆接触电阻率ρ_c,测试了500℃退火前后及大电流情况下的I-V特性,研究 了退火对ρ_c的影响.结果表明,重掺杂和退火工艺是改善欧姆接触的有效手段. ρ_c随测试温度的变化表明金属/半导体接触界面载流子输运机制为隧道穿透.而 光照对ρ_c影响的分析表明金刚石可作为理想窗口材料.测试得到的最低ρ _c值约为10^-4Ωcm². 关键词： 金刚石薄膜 欧姆接触 接触电阻率