少层氮化硼的生长机理及技术研究北大核心

采用MOCVD技术在50.8 mm(2英寸)蓝宝石衬底上开展氮化硼(BN)材料的外延生长研究。基于Ⅴ/Ⅲ族源的同时输运工艺,探究了无序岛状、生长自终止及二维层状等三种BN生长模式的外延机理,并实现了5-6层原子厚的二维BN材料的制备。同时,提出了一种Ⅴ/Ⅲ族源的同时输运及分时输运相结合的外延生长工艺,显著提升了二维BN材料质量,其中1μm×1μm表面粗糙度Ra为0.10 nm,光学带隙宽度为5.77 eV,拉曼E2g模式的半高宽为60.7 cm^(-1)。     

基于100mm国产SiC衬底高性能AlGaN/GaN异质结外延材料

南京电子器件研究所提出了一种"AlN表面原位图形化"技术,将AlN成核岛台阶化(图1),改善GaN缓冲层的外延生长模式,抑制GaN/AlN界面位错的生成以及纵向延伸,从而降低GaN缓冲层的穿透位错密度。另外,原位制备工艺容易实现,避免杂质引入,降低外延成本。采用该技术在100 mm国产高纯半绝缘SiC衬底上制备出1.8 μm厚高质量GaN HEMT外延材料,GaN缓冲层(002)和(102)面摇摆曲线半高宽分别达到56、147 arcsec(图2),与常规工艺相比位错密度降低80%,二维电子气室温迁移率达到2 300 cm^2/(V·s),材料结晶质量和电学特性获得显著提升。     

三值绝热多米诺加法器开关级设计

通过对绝热多米诺电路和加法器的研究,该文提出一种新颖低功耗三值加法器的开关级设计方案。该方案首先利用开关-信号理论,结合绝热多米诺电路结构特点,推导出三值加法器本位和电路与进位电路的开关级结构式,由此得到一位三值加法器单元电路;然后通过单元电路的级联得到四位三值绝热多米诺加法器;最后,利用Spice软件对所设计的电路进行模拟,结果显示所设计的四位三值绝热多米诺加法器具有正确的逻辑功能,与四位常规多米诺三值加法器相比,能耗节省约61%。     

高温退火对AlN外延材料晶体质量的影响

采用高温退火技术改善金属有机物化学气相沉积AlN薄膜材料晶体质量。研究发现较低的生长温度下,Al原子迁移能力弱,外延呈岛状生长模式,形成大量的柱状晶粒,晶粒倾斜、扭曲,晶格原子排列混乱,存在大量的位错和层错缺陷;高温退火时晶格发生重构,晶粒合并,位错和层错缺陷减少,晶格排列整齐,晶体质量得到提升。通过优化生长温度和退火温度,获得了高质量的200 nm厚AlN模板,其（002）和（102）面的X射线双晶衍射摇摆曲线半高宽分别为107 arcsec和257 arcsec,位错密度比退火前降低了2～3个数量级。     

正晶向SiC衬底上表面光滑的N极性GaN薄膜材料的生长

采用MOCVD技术在101.6 mm(4英寸)正晶向半绝缘C面SiC衬底上生长了厚度为1μm的GaN缓冲层。通过深入研究不同AlN成核层上生长的GaN缓冲层的性质,揭示了正晶向SiC衬底上氮极性GaN的生长机制,发现成核层表面AlN岛的密度是决定缓冲层表面形貌的重要参数,对后续GaN的成核以及GaN岛间的合并具有显著影响。通过在AlN成核层外延期间引入N2作为载气并且以脉冲方式供应铝源,研制的成核层表面成核岛尺寸小且致密性高,有利于促进GaN成核岛之间的横向合并,并抑制GaN缓冲层的岛状生长模式,从而获得了表面光滑的N极性GaN薄膜材料,原子力显微镜20μm×20μm扫描范围下的均方根(rms)粗糙度值为1.5 nm。此外,在表面平滑的GaN薄膜上生长的GaN/AlGaN异质结的电子输运特性也同步得到提升,这有利于N极性GaN材料的微波应用。     

三值低功耗多米诺JKL触发器设计及应用

通过对三值触发器和绝热多米诺电路的研究,提出一种新颖低功耗多米诺JKL触发器开关级设计方案。该方案首先利用开关—信号理论,根据三值JKL触发器真值表,推导出三值绝热多米诺JKL触发器开关级结构式;然后利用三值JKL触发器实现三值正循环门电路和三值反循环门电路的设计;最后,经Spice软件模拟证明所设计的三值绝热多米诺JKL触发器逻辑功能正确,与常规三值多米诺JKL触发器相比,能耗节省约69%。     

基于绝热多米诺逻辑的三值移位寄存器设计

通过对三值移位寄存器和绝热多米诺电路的研究,提出了一种具有左移右移并入并出功能的三值绝热多米诺移位寄存器的设计方案.首先根据开关信号理论设计了具有复位功能的三值绝热多米诺D触发器,实现寄存器移位寄存功能;然后设计了具有数据选择功能的T运算电路,此电路具有3种切换功能;最后在此基础上进一步设计了4位三值绝热多米诺移位寄存器,实现三值绝热多米诺移位寄存器的级联.经HSPICE仿真验证,所设计的电路具有正确的逻辑功能及显著的低功耗特性.     

三值绝热多米诺T运算电路设计

通过对多值逻辑和绝热多米诺电路工作原理及结构的研究,提出三值绝热多米诺T运算电路的设计方案.该方案首先将三值T运算定义与三值文字运算相结合,得到基于文字运算的T运算定义式;然后以开关信号理论为指导,推导出逻辑0与逻辑2选通电路的开关级表达式,并利用文字运算互斥互补关系,得到逻辑1选通电路的开关级表达式;最后根据这些表达式进一步实现了三值绝热多米诺T运算电路.经HSPICE仿真验证,该电路具有正确的逻辑功能及低功耗特性.     

三值绝热多米诺文字运算电路开关级设计

通过对绝热多米诺电路和多值电路的研究,提出一种新颖的低功耗三值文字运算电路的开关级设计方案。该方案首先通过开关—信号理论推导出逻辑0和2的文字运算电路开关级结构式及电路;然后利用三种文字运算之间互斥与互补的约束关系得到逻辑1的文字运算输出信号,同时通过波形转换电路使电路的输出转换为较规则的缓变梯形波;最后利用Spice软件对所设计的电路进行仿真,结果显示所设计的三值绝热多米诺文字运算电路具有正确的逻辑功能,与常规多米诺三值文字运算电路相比,能耗节省约39%。