高温超导约瑟夫森结技术及其应用

高温超导约瑟夫森结技术近年来发展很快，特别是台阶结、双晶结、双外延结、边缘结和邻近效应结等性能已达到实用水平，并应用于超导量子干涉器件、数字信号处理和高频有源器件中。文章介绍了这些结的技术和有关的应用。     

微波低噪声晶体管电磁脉冲敏感端对研究

 在研究电磁脉冲对微电子器件作用效应的过程中，针对三种不同型号的微波低噪声硅半导体器件进行了电磁脉冲（静电放电和方波电磁脉冲）直接注入的试验，结果发现该类器件对电磁脉冲最敏感的端对并不是EB结（发射极-基极），而是CB结（集电极-基极）。通过对器件结构与放电过程的分析，分别得出了CB结、EB结的损伤机理：随放电电压的增大，热载流子撞击界面，使流经界面处的少数载流子复合速度增加，少数载流子在界面处及界面附近被复合，从而降低了器件的电流放大系数。而无论从哪个结注入，器件完全失效均是由热二次击穿造成。从而更进一步地证明了CB结比EB结更敏感。     

分子电子器件的电性能测试方法

介绍了用于两端分子电子器件电性能测试的纳米孔技术、交叉线接触技术、导电原子力显微镜技术、扫描隧道显微镜技术、纳米间距电极技术以及机械可控断裂结技术．结合分子器件的电性能测试要求，对各类测试方法进行了分析评价，并简要指出了分子器件电性能测试研究的发展趋势。     

GaAs／GaAlAs脊型波导交变式△β耦合器

研制了具有肖特基势垒电极的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ双异质结脊型波导交变式△β耦合器。通过合理设计器件结构，降低波导层中载流子浓度和上、下包层中Ａｌ的含量，以及采用反应离子刻蚀和和剥离等技术，使器件总损耗降为１０ｄＢ，消光比为２６．８ｄＢ，器件在１．３μｍ下实现单模工作。     

GaAs／GaAlAs脊型波导交变式Δβ耦合器

研制了具有肖特基势垒电极的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ双异质结脊型波导交变式Δβ耦合器．通过合理设计器件结构，降低波导层中载流子浓度和上、下包层中Ａｌ的含量，以及采用反应离子刻蚀和剥离等技术，使器件总损耗降为１０ｄＢ，消光比为２６．８ｄＢ，器件在１．３μｍ下实现单模工作．     

pn结电容-电压法测量应变SiGe禁带宽度

利用应变SiGe/Si异质pn结电容-电压（C-V）特性确定SiGe禁带宽度的技术.该技术根据SiGe/Si异质pn结C-V实验曲线，计算出 pn结接触电势差，并得到SiGe/Si的价带偏移量和导带偏移量，进而求得SiGe禁带宽度.该技术测试方法简便，其过程物理意义清晰，既适用于分立的SiGe/Si异质pn结，也可直接分析SiGe/Si异质结器件中的SiGe 禁带宽度.实验结果与理论计算及其他相关文献报道的结果符合较好. 关键词： SiGe/Si 异质pn结 C-V 禁带宽度     

超结硅锗碳异质结双极晶体管机理研究与特性分析优化

提出一种超结硅锗碳异质结双极晶体管(SiGeC HBT)新结构.详细分析了新结构中SiGeC基区和超结结构的引入对器件性能的影响,并对其电流输运机制进行研究.基于SiGeC/Si异质结技术,新结构器件的高频特性优良;同时超结结构的存在,在集电区内部水平方向和垂直方向都建立了电场,二维方向上的电场分布相互作用大大提高了新结构器件的耐压能力.结果表明:超结SiGeC HBT与普通结构SiGeC HBT相比,击穿电压提高了48.8%;更重要的是SiGeC HBT器件中超结结构的引入,不会改变器件高电流增益、高频率特性的优点;新结构器件与相同结构参数的Si双极晶体管相比,电流增益提高了10.7倍,截止频率和最高震荡频率也得到了大幅度改善,很好地实现了高电流增益、高频率特性和高击穿电压三者之间的折中.对超结区域的柱区层数和宽度进行优化设计,随着柱区层数的增多,击穿电压显著增大,电流增益有所提高,截止频率和最高震荡频率减低,但幅度很小.综合考虑认为超结区域采用pnpn四层结构是合理的.     

异质结半导体激光器

异质结半导体激光器是半导体激光发展史上的重要突破，它的出现使光纤通信及网络技术成为现实并迅速发展。异质结构已成为当代高性能半导体光电子器件的典型结构，具有巨大的开发潜力和应用价值。     

一种新型有机电致微腔结构的双模发射

采用结构Glass／DBR／ITO／NPB／NPB：Alq／Alq／Al制作了有机微腔电致发光器件。将空穴传输材料与发光材料以一定比例混合作为发光层，为了便于对比，在不改变有机层的膜厚的情况下同时制作了传统的异质结微腔器件，发现两种器件的发光光谱有很大不同，器件的复合效率与传统的异质结器件相比也得到了很大提高，这是因为将两种有机材料混合能消除界面势垒，提高器件的复合效率，从而提高了器件的发光性能，实现了微腔双模发射，且两个模式的半峰全宽分别为8nm和12nm。通过进一步优化器件结构可以实现微腔白光发射。     

基于LSAT衬底YBa2Cu3O7-δ台阶结的射频高温超导量子干涉器的制备和表征

基于 YBa2Cu3 O7 -δ (YBCO) 台阶边沿型约瑟夫森结( 台阶结) 的高温超导量子干涉器(Superconducting Quantum Interference Device, 简称 SQUID) 在微弱磁场测量等领域具有重要应用价值. 制 备 YBCO 台 阶 结 及SQUID 的常用单晶衬底包括 LaAlO3 (LAO) 、SrTiO3 (STO) 及 MgO 等. (La0 .3 ,Sr0 .7 ) (Al0 .65 ,Ta0 .35 )O3 (LSAT) 没有孪晶现象、 与 YBCO 的晶格失配度很小(仅为0.4% ) , 有潜力成为制备 YBCO 台阶结及相应的高温超导 SQUID器件的新的衬底选择. 本文首次探索研究了 LSAT 衬底上 YBCO 台阶结型射频超导量子干涉器(rf SQUID) 的制备和表征. 采用氩离子束刻蚀技术在 LSAT(100) 衬底上制备角度约为46°的台阶, 利用脉冲激光沉积法在衬底上生长 YBCO 超导薄膜, 然后利用传统紫外光刻技术制备出高温超导rf SQUID 器件. 在温度为77 K 时, 器件测试观察到幅度较大的电压-磁通特性曲线, 且在部分器件的特性曲线中观察到接近方波的非传统波形, 表明器件工作于噪声较低的色散模式下. 频率1 kHz 时器件的磁通噪声约为20 μΦ0/Hz1/2 , 与文献中报道的 LAO、STO 衬底上台阶结型SQUID 器件的典型结果相当. 本工作展示了利用 LSAT 衬底制备低噪声台阶结型rf SQUID 器件的可行性, 并为进一步研制该衬底上更高性能的高温超导SQUID 器件奠定了基础     

GaAs1×4Mach－Zehnder型光开关列阵研究

采用非对称Ｘ结耦合器设计并研制了ＧａＡｓ１×４Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ型光开关列阵。简述了非对称Ｘ结和相应的光开关列阵的工作原理及器件的设计和制作过程。在波长为１．１５μｍ的光波下测量单元器件，得到了小于－２０ｄＢ的串音和小于１２Ｖ的开关电压，器件的光波导传输损耗约为７ｄＢ／ｃｍ。文中最后分析了导致器件中串音和损耗的各因素，并提出了可能的改进方法     

超导SIS结偏置源电路的设计

针对超导SIS隧道结器件的传输特性,设计和制备了为超导SIS器件提供直流偏置的电路,该偏置源电路采用恒压源与恒流源合二为一的技术,恒压源采用了电压深度负反馈设计,恒流源采用了电流反馈法。并用MULTISIM10对电路进行仿真和参数验证。利用该偏置源对SIS结进行供电实测,取得了良好效果。实现了高稳定度、高精度、低噪声的电路设计。     

有机半导体材料与器件应用

有机半导体材料的研究与器件应用是近年来微电子学和光电子学发展的新领域。有机半导体器件低的成本和相对简单的制备工艺受到了发达国家的高度重视。本文简单分析了有机半导体材料的特点，介绍了有机太阳电池、肖特基二极管、异质结光电探测器和场效应晶体管的发展状况，并指出了今后器件的改进方向。     

耐熔微掩膜法制备高温超导Josephson结

在超导Josephson结的制备过程中，传统的成结方式为对超导薄膜进行化学刻蚀或离子刻蚀，以形成特定图形的结．而刻蚀这一步常常会给结的性能带来负面影响，从而直接导致超导器件性能的下降．本介绍了一种利用耐融微掩模制备高温超导Josephson结的方法．本方法的特点是：一次成结无需后期刻蚀，利用此方法可以避免刻蚀工艺对超导器件性能的影响，制备高质量的高温超导Josephson结．本给出利用此方法制备高温超导YBCO／YSZ双晶结的有关工艺，以及初步的实验结果．     

基于拉曼热测量技术的铜基复合物法兰GaN基晶体管的热阻分析

采用拉曼热测量技术结合有限元热仿真模型,分析比较新型铜/石墨复合物法兰封装与传统铜钼法兰封装的GaN器件的结温与热阻,发现前者的整体热阻比铜钼法兰器件的整体热阻低18.7%,器件内部各层材料的温度分布显示铜/石墨复合物法兰在器件中的热阻占比相比铜钼法兰在器件中的热阻占比低13%,这证明使用高热导率铜/石墨复合物法兰封装提高GaN器件热扩散性能的有效性.通过对两种GaN器件热阻占比的测量与分析,发现除了封装法兰以外,热阻占比最高的是GaN外延与衬底材料之间的界面热阻,降低界面热阻是进一步提高器件热性能的关键.同时,详细阐述了使用拉曼光热技术测量GaN器件结温和热阻的原理和过程,展示了拉曼光热技术作为一种GaN器件热特性表征方法的有效性.     

结终端采用JTE保护技术的4H-SiC PiN二极管模拟和研制

利用二维器件模拟软件ISE-TCAD 10.0,对结终端采用结扩展保护技术的4H-SiC PiN二极管平面器件进行反向耐压特性的模拟,并获得许多有价值的模拟数据.依据所得的模拟数据进行此种二极管器件的研制.实验测试表明,此二极管的模拟优化数据与实验测试的结果一致性较好,4H-SiC PiN二极管所测得到的反向电压达1600 V,该反向耐压数值达到理想平面结的击穿耐压90%以上.     

结温与热阻制约大功率LED发展

LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。保持LED结温往允许的范围内,是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素,尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。首先介绍pn结结温对LED器什性能的影响,接着分析大功率LED结温与器件热阻的关系．基于对器件热阻的分析,得出了结温与热阻已经制约大功率LED进一步向更大功率发展的结论,并提出了如下两个观点：1．要在保持低成本和自然散热方式下提高LED器件的功率,根本的出路是提高光转换效率;2．在日前没有提高光转换效率的情况下,发展超过5W的大功率器件对工程应肘没有实质意义。     

无注入型发光二极管的载流子输运模型研究

无载流子注入型发光二极管(简称无注入型LED)因其简单的器件结构有望应用于Micro-LED、纳米像元发光显示等新型微显示技术.由于没有外部载流子注入,无注入型LED的内部载流子输运行为无法直接用传统的PN结理论进行描述.因此,建立无注入型LED的载流子输运模型对于理解其工作机理和提高器件性能具有重要意义.本文根据无注入型LED的器件结构,结合PN结理论建立无注入型LED的载流子输运数学模型.基于该数学模型解释器件的工作原理,获得器件的载流子输运特性,揭示感应电荷区长度、内部PN结压降与外加驱动电压频率的关系.根据建立的数学模型提出了针对无注入型LED器件设计的建议:1)减小感应电荷区掺杂浓度,可有效提高内部LED的压降;2)利用PN结的隧穿效应,可有效提高器件内部LED的压降;3)使用正负方波驱动可以获得比正弦驱动更大的内部LED压降.本文有关无注入型LED的载流子输运模型的研究有望为改善无注入型LED器件结构、优化工作模式提供理论指导.     

异质结

晶体管的发明,使电子技术产生了伟大的变革,而晶体管的核心是半导体p-n结,即同质结. 近年来,一种叫做异质结的半导体结构要],在半导体激光器、发光器件、太阳电池、光电接收器件、晶体管和集成光路等科学技术领域内别开生面,显示了它的优越性. 一、基本物理概念1.什么是异质结     

ZnO薄膜的掺杂及其结型材料的研究进展

ZnO薄膜作为一种多用途的半导体材料，一直受到国内外学术界的广泛关注，尤其是自1997年发现ZnO薄膜的室温紫外光发射以来，ZnO薄膜的制备及其光电子特性的研究成为新的研究热点，几年来，研究进展非常迅速，巳报道了结型电致发光器件和光电探测器件的初步研究结果，文章结合作者的工作，综述了目前国内外对ZnO薄膜的掺杂以及ZnO异质结和同质p-n结制备方面的研究状况。