太赫兹Si/SiGe量子级联激光器的能带设计

使用nextnano3模拟软件计算Si/Si1-xGex/Si量子阱的能带结构,对Si/SiGe量子级联激光器有源区的能带结构进行设计,结果表明使用Ge组分为0.27～0.3,量子阱宽度为3nm的SiGe合金与垒宽为3nm的Si层构成对称应变级联异质结构,有利于优化THz Si/SiGe量子级联激光器结构.     

Improved performance of Au nanocrystal nonvolatile memory by N_2-plasma treatment on HfO_2 blocking layer

The N_2-plasma treatment on a HfO_2 blocking layer of Au nanocrystal nonvolatile memory without any post annealing is investigated. The electrical characteristics of the MOS capacitor with structure of Al–Ta N/HfO_2/Si O2/p-Si are also characterized. After N_2-plasma treatment, the nitrogen atoms are incorporated into HfO_2 film and may passivate the oxygen vacancy states. The surface roughness of HfO_2 film can also be reduced. Those improvements of HfO_2 film lead to a smaller hysteresis and lower leakage current density of the MOS capacitor. The N_2-plasma is introduced into Au nanocrystal(NC) nonvolatile memory to treat the HfO_2 blocking layer. For the N_2-plasma treated device, it shows a better retention characteristic and is twice as large in the memory window than that for the no N_2-plasma treated device. It can be concluded that the N_2-plasma treatment method can be applied to future nonvolatile memory applications.     

Ge/Si(100)量子点生长与形态分布的研究

利用超高真空化学气相淀积系统,通过控制淀积量、温度、流量等生长参数,在n型Si(100)衬底上自组装生长了一系列Ge量子点样品,用原子力显微镜进行了表征与分析.系统地研究了生长参数对Ge岛形态分布的影响并分析了有序、高密度Ge岛的生长机理.结果表明,从二维向三维岛跃迁后,最初形成的高宽比(高度与底宽的比值)在0.04～0.06之间的小岛是一种在低温下可以与圆顶岛共存的稳定岛,两种岛的分布随淀积参数的变化而变化.在高温下小岛几乎消失,流量的变化对小岛的密度影响较小.实验中获得小岛的密度最高为2.6×1010cm-2,圆顶岛的密度最高为4.2×109cm-2.     

采用Al/TaN叠层电极提高Si基Ge PIN光电探测器的性能

金属与Ge材料接触由于存在强烈的费米钉扎效应, 导致金属电极与n型Ge接触引入较大的接触电阻, 限制了Si基Ge探测器响应带宽. 本文报道了在SOI衬底上外延Ge单晶薄膜并制备了不同台面尺度的Ge PIN光电探测器. 对比了电极分别为金属Al和Al/TaN叠层的具有相同器件结构的SOI基Ge PIN光电探测器的暗电流、响应度以及响应带宽等参数. 发现在Al与Ge之间增加一薄层TaN可有效减小n型Ge的接触电阻, 将台面直径为24 μ的探测器在1.55 μ的波 长和-1 V偏压下的3 dB响应带宽提高了4倍. 同时, 器件暗电流减小一个数量级, 而响应度提高了2倍. 结果表明, 采用TaN薄层制作金属与Ge接触电极, 可有效钝化金属与Ge界面, 减轻费米钉扎效应, 降低金属与n-Ge接触的势垒高度, 因而减小接触电阻和界面复合电流, 提高探测器的光电性能.     

采用AI／TaN叠层电极提高Si基GePIN光电探测器的性能

金属与Ge材料接触由于存在强烈的费米钉扎效应,导致金属电极与n型Ge接触引入较大的接触电阻,限制了si基Ge探测器响应带宽．本文报道了在SOI衬底上外延Ge单晶薄膜并制备了不同台面尺度的GePIN光电探测器．对比了电极分别为金属Al和A1／TaN叠层的具有相同器件结构的SOI基GePIN光电探测器的暗电流、响应度以及响应带宽等参数．发现在Al与Ge之间增加一薄层TaN可有效减小n型Ge的接触电阻,将台面直径为24um的探测器在1．55um的波长和-1V偏压下的3dB响应带宽提高了4倍．同时,器件暗电流减小一个数量级,而响应度提高了2倍．结果表明,采用TaN薄层制作金属与Ge接触电极,可有效钝化金属与Ge界面,减轻费米钉扎效应,降低金属与n-Ge接触的势垒高度,因而减小接触电阻和界面复合电流,提高探测器的光电性能．     

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器波导模拟

波导层结构设计是制备太赫兹(THz)量子级联激光器的关键问题之一.本文基于德鲁得(Drude)模型,利用时域有限差分(FDTD)法,对Si/SiGe量子级联激光器的波导层进行优化设计,从理论上对传统的递变折射率波导、单面金属波导、双面金属波导以及金属/金属硅化物波导横磁模(TM模)的模式损耗和光场限制因子进行了对比分析.结果表明,金属/金属硅化物波导不但可以减小波导损耗,而且有很高的光学限制因子,同时其工艺也比双面金属波导容易实现,为Si/SiGe太赫兹量子级联激光器波导层的设计提供了一定的理论指导.     

UHV/CVD法生长硅基低位错密度厚锗外延层

采用超高真空化学气相淀积系统,以高纯Si2 H6和GeH4作为生长气源,用低温缓冲层技术在Si(001)衬底上成功生长出厚的纯Ge外延层.对Si衬底上外延的纯Ge层用反射式高能电子衍射仪、原子力显微镜、X射线双晶衍射曲线和Ra-man谱进行了表征.结果表明在Si基上生长的约550nm厚的Ge外延层,表面粗糙度小于1nm,XRD双晶衍射曲线和Ra-man谱Ge-Ge模半高宽分别为530'和5.5cm-1,具有良好的结晶质量.位错腐蚀结果显示线位错密度小于5×105cm-2可用于制备Si基长波长集成光电探测器和Si基高速电子器件.     

P型张应变Si/SiGe量子阱红外探测器的能带设计

提出P型张应变Si/SiGe量子阱红外探测器(QWIP)结构,应用k·P方法计算应变Si/SiGe量子阱价带能带结构和应变SiGe合金空穴有效质量.结果表明量子阱中引入张应变使轻重空穴反转,基态为有效质量较小的轻空穴态,因此P型张应变Si/SiGe QWIP与n型QWIP相比具有更低的暗电流;而与P型压应变或无应变QWIP相比光吸收和载流子输运特性具有较好改善.在此基础上讨论了束缚态到准束缚态子带跃迁型张应变p-Si/SiGe QWIP的优化设计.     

激光全息法制备二维硅基图形衬底

理论上模拟了全息光刻法制备二维硅基图形阵列的光强分布和显影过程,通过改变激光波长及入射光与样品表面的夹角即可得到不同周期的二维图形.在此基础上,采用三束光一次曝光和湿法腐蚀图形转移技术,在n型(100)硅衬底上制备出了周期在亚微米量级的均匀二维图形阵列.该方法适合大面积硅基图形阵列的制作.     

干法氧化制备SiGe弛豫缓冲层及其表征

SiGe弛豫缓冲层是高性能Si基光电子与微电子器件集成的理想平台.通过1000℃干法氧化组分均匀的应变Si0.88Ge0.12层,在Si衬底上制备了表面Ge组分大于0.3,弛豫度大于95%,位错密度小于1.2×105cm-2的Ge组分渐变SiGe弛豫缓冲层.通过对不同氧化时间的样品的表征,分析了氧化过程中SiGe应变弛豫的主要机制.