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光子学报 2020年第10期49卷 79-88页

作者：彭强何盛泉任良斌李杏莲柯少颖闽南师范大学物理与信息工程学院福建漳州363000

Si/Si键合可以在低温下获得高强度、零气泡的键合片,但极难获得无氧化层的键合界面,因此难以应用于光电子领域,本文从理论上研究了Si/Si键合界面氧化层厚度对键合Si/Si p-n结光电特性(电流、带宽和光谱)的影响.通过隧穿率、载流子浓度... 详细信息

Si/Si键合可以在低温下获得高强度、零气泡的键合片,但极难获得无氧化层的键合界面,因此难以应用于光电子领域,本文从理论上研究了Si/Si键合界面氧化层厚度对键合Si/Si p-n结光电特性(电流、带宽和光谱)的影响.通过隧穿率、载流子浓度、电场分布、载流子速率、复合率等参数的变化揭示键合Si/Si p-n结性能影响因素,为超高质量Si基Si雪崩层及高性能Si基雪崩器件的制备提供理论指导.结果表明:随着氧化层厚度的增加,载流子隧穿率变小,p-n结光暗电流降低(光谱响应下降)、复合率下降、载流子在p-n结内出现堆积.其次,随着氧化层厚度的增加,器件RC时间常数变大,氧化层内电场增强,导致Si层内电场下降,3dB带宽变小.

关键词：薄膜氧化层 Si/Si键合载流子隧穿电场

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Ge/Si异质键合半/绝接触界面态对异质结光电输运特性的影响研究

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光学学报 2020年第19期40卷 203-212页

作者：何盛泉柯海鹏严莲李杏莲柯少颖李东珂闽南师范大学物理与信息工程学院福建漳州363000 福建省漳州第一职业中专学校福建漳州363000 淮阴师范学院江苏淮安223300

Ge/Si异质键合技术作为一种新型的通用材料制备工艺,在制备高质量Si基Ge薄膜方面展现出巨大的潜力,是研制高性能Ge/Si光电器件的备选方案之一。现阶段主流的直接键合和等离子体键合方法在制备Ge/Si薄膜时都容易在Ge/Si键合界面处引入纳... 详细信息

Ge/Si异质键合技术作为一种新型的通用材料制备工艺,在制备高质量Si基Ge薄膜方面展现出巨大的潜力,是研制高性能Ge/Si光电器件的备选方案之一。现阶段主流的直接键合和等离子体键合方法在制备Ge/Si薄膜时都容易在Ge/Si键合界面处引入纳米氧化锗层(GeO2),导致Ge/GeO2及GeO2/Si半/绝接触界面存在界面态,从而器件性能受影响。基于载流子三大输运方程、非局域隧穿模型及半经典量子解法,构建了低温Ge/Si异质键合界面,研究了键合界面的界面态密度(ISD)对Ge/Si异质结的载流子电学输运、光吸收、复合及高频响应等性能的影响。结果表明,随着ISD的增加,Ge/Si异质结的暗电流增大,同时界面态对载流子的俘获能力加强,导致总电流减小,光谱响应减弱。另外,ISD的增加导致Ge层内的电场减小,高频特性变差。为获得性能良好的键合Ge/Si异质结,ISD必须低于1×1012 cm-2。该研究结果为高质量Si基Ge薄膜及高性能Ge/Si光电器件的制备提供了理论指导。

关键词：薄膜 Ge/Si异质键合界面态密度载流子隧穿电场

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InAs/GaAs自组织量子点分子纳米材料光学性质研究

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作者：刘瑶河北大学

学位级别：硕士

半导体量子点纳米材料不但具备很多独特的物理性质,而且在各类光电器件上具有巨大的潜在应用价值,本论文主要利用光致荧光发射谱(PL)和时间分辨荧光谱(TRPL)等光致荧光光谱技术研究InAs系列量子点分子纳米材料的光学性质,具体的工作主... 详细信息

半导体量子点纳米材料不但具备很多独特的物理性质,而且在各类光电器件上具有巨大的潜在应用价值,本论文主要利用光致荧光发射谱(PL)和时间分辨荧光谱(TRPL)等光致荧光光谱技术研究InAs系列量子点分子纳米材料的光学性质,具体的工作主要包括如下三个方面:⑴研究了GaAs间隔层厚度对双层结构InAs/GaAs量子点分子光学性质的影响。低温下30ML、40ML和50ML间隔层的三个样品的光致荧光发射谱均为双峰结构,底层量子点(SQDs)和顶层量子点(TQDs)之间存在有效的载流子转移,而且随着间隔层厚度变大载流子转移效率变低;测量了三个样品TQDs的PL谱峰值位置(Emax)、半峰全宽(FWHM)及积分强度随温度的变化,表明随着GaAs间隔层变大,TQDs和SQDs层间耦合变弱;最后,分析了三个样品的时间衰退行为(TRPL),间隔层厚度大的样品的载流子隧穿时间有明显延长。⑵研究了AlGaAs势垒层对InAs/GaAs量子点分子光学性质的影响。低温下InAs/GaAs量子点分子的PL谱为双峰结构,两层量子点之间存在有效载流子转移。插入AlGaAs势垒层后,量子点发光峰发生蓝移,而且SQDs发光峰的强度相对变大,说明插入的AlGaAs势垒层降低了载流子转移效率。PL谱的峰位能量、FWHM、积分强度、强度比R值随温度和激发强度的变化表明耦合双层量子点结构内载流子的转移既依赖于温度,也受强度影响。TRPL结果显示,加入AlGaAs势垒层后,载流子从SQDs到TQDs的隧穿时间由0.38ns增加到0.77ns,实验结果与WKB半经典公式的理论计算数据相吻合。⑶研究了InAs/GaAs+InAs/GaAsSb混合结构量子点分子的光学特性。利用XRD确定了GaAsSb覆盖层组份分别为GaAs0.85Sb0.15和GaAs0.75Sb0.25,三个单层量子点参考样品的PL谱验证了InAs/GaAs0.85Sb0.15与InAs/GaAs0.75Sb0.25量子点的II型能带结构。在T=10K温度条件下混合结构量子点分子PL谱随激光激发功率的增强呈现多峰结构,对应混合结构量子点分子内不同的载流子跃迁复合通道。表明混合结构量子点分子具有与普通InAs/GaAs量子点分子不同的内部载流子产生、转移、复合动力学学过程。

关键词：半导体量子点光致荧光发射谱载流子隧穿能量转移

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新型低功耗碳基熔丝存储器件

新型低功耗碳基熔丝存储器件

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作者：李雪娉湘潭大学

学位级别：硕士

一次性编程器件是非挥发存储器件的一种,主要包括熔丝和反熔丝器件。它主要适用于对可靠性、抗辐射能力要求高,或无需反复擦写的特定应用场景。现阶段一次性编程器件还存在以下问题:1.编程时需要大电压或大电流,热量积累严重,影响芯片... 详细信息

一次性编程器件是非挥发存储器件的一种,主要包括熔丝和反熔丝器件。它主要适用于对可靠性、抗辐射能力要求高,或无需反复擦写的特定应用场景。现阶段一次性编程器件还存在以下问题:1.编程时需要大电压或大电流,热量积累严重,影响芯片使用寿命和性能;2.依靠热来编程,编程过程中需要热量积累,导致编程速度慢;3.编程电压和编程电流大、编程时间长,导致器件功耗大;4.编程后离散度大;5.编程电压太高,对选通管的要求高,难以匹配合适的选通管器件。概括而言,一个理想的一次性编程器件需要满足小电压低功耗、低编程电流、快速编程、高开关比、高可靠性(抗辐照)和离散度等优异性能。针对熔丝和反熔丝存在的以上问题,本文提出了一种栅极到沟道的载流子隧穿机制,并将此机制用于设计新型熔丝器件。基于碳纳米管或石墨烯材料,在传统的两端熔丝基础上,增加一个垂直的金属栅形成三端结构,通过金属栅到沟道的隧穿电流来打断沟道。基于此机制和器件结构,进行了以下研究:1.对新型碳纳米管熔丝进行表征,通过测试它的开态特性、击穿特性和关态特性,验证了该器件作为熔丝器件的可行性。对其硬核心指标编程电压、编程电流、电流开关比、可靠性、离散度进行统计分析,结果显示该碳纳米管熔丝的编程电压可降低到5.5V左右,同时编程电流降低到1n A,可实现温和的低功耗编程。电流开关比﹑离散度和可靠性均表现出优异的性能,另外还可作为选通管使用,此设计可以节省芯片面积。2.对石墨烯熔丝的性能进行了探索,证实了该存储机制通用于石墨烯。验证了器件尺寸和栅氧化层厚度对器件性能的影响,结果表明,基于垂直载流子隧穿的新型熔丝的击穿电压和沟道宽度无相关性,栅氧化层厚度对器件性能有重大影响。3.基于石墨烯制备了传统的两端熔丝,与新型三端石墨烯熔丝进行了性能对比。在器件尺寸相同的条件下,传统两端熔丝的编程电压大于8V,同时编程电流达到m A量级。而新型三端熔丝的编程电压约为4V,编程电流在40n A左右。三端垂直熔丝极大的降低了编程电压和编程电流,体现了新型碳基熔丝的优势和科学性。本文提出的新型熔丝通用于碳纳米管和石墨烯,且表现出优异性能,可以将编程电压降低至4.0到5.5V左右,编程电流降低到纳安量级,实现温和低功耗,其性能接近理想熔丝的水平。

关键词：熔丝一次性编程碳纳米管石墨烯载流子隧穿

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