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高跨导氢终端多晶金刚石长沟道场效应晶体管特性研究

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物理学报 2018年第6期67卷 244-249页

作者：张金风杨鹏志任泽阳张进成许晟瑞张春福徐雷郝跃宽带隙半导体技术国防重点学科实验室西安电子科技大学微电子学院西安710071

基于多晶金刚石制作了栅长为4 pm的铝栅氢终端金刚石场效应晶体管.器件的饱和漏源电流为160 mA/mm,导通电阻低达37.85Ω·mm,最大跨导达到32 mS/mm,且跨导高于最大值的90%的栅压(V_(GS))范围达到3 V(-2 V≤V_(GS)≤-5 V).通过传输线电... 详细信息

基于多晶金刚石制作了栅长为4 pm的铝栅氢终端金刚石场效应晶体管.器件的饱和漏源电流为160 mA/mm,导通电阻低达37.85Ω·mm,最大跨导达到32 mS/mm,且跨导高于最大值的90%的栅压(V_(GS))范围达到3 V(-2 V≤V_(GS)≤-5 V).通过传输线电阻分析以及器件的导通电阻和电容-电压特性分析,发现氢终端多晶金刚石栅下沟道中的空穴面浓度达到了1.56×10^(13)cm^(-2),有效迁移率在前述高跨导栅压范围保持在约170 cm^2/(V·s).分析认为,较低的栅源和栅漏串联电阻、沟道中高密度的载流子和在大范围栅压内的高水平迁移率是引起高而宽阔的跨导峰和低导通电阻的原因.

关键词：金刚石氢终端场效应晶体管

各Li吸附组分下硅烯氢存储性能的第一性原理研究

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物理学报 2018年第10期67卷 171-178页

作者：盛喆戴显英苗东铭吴淑静赵天龙郝跃西安电子科技大学微电子学院宽带隙半导体技术国家重点学科实验室西安710071

利用Li原子对硅烯进行表面修饰是提高硅烯氢存储能力的一种有效方法.为了充分挖掘Li修饰硅烯的氢存储性能,本文采用范德瓦耳斯作用修正的第一性原理计算方法,对不同Li吸附组分下硅烯的结构、稳定性和氢存储能力进行了研究.研究结果表明... 详细信息

利用Li原子对硅烯进行表面修饰是提高硅烯氢存储能力的一种有效方法.为了充分挖掘Li修饰硅烯的氢存储性能,本文采用范德瓦耳斯作用修正的第一性原理计算方法,对不同Li吸附组分下硅烯的结构、稳定性和氢存储能力进行了研究.研究结果表明,硅烯体系能够在Li组分从0.11增加到0.50时保持稳定,其最大储氢量随Li组分的增加而增大,氢气平均吸附能则存在减小趋势;当Li组分达到0.50而饱和时,硅烯体系具有最大的储氢量,相应的质量储氢密度为11.46 wt%,平均吸附能为0.34 eV/H2,远高于美国能源部设定的储氢标准,表明提高Li组分甚至使其达到饱和在理论上能有效提高Li修饰硅烯的储氢性能.此外,通过对Mulliken电荷布居、差分电荷密度和态密度的分析,发现Li修饰硅烯的储氢机制与电荷转移诱导的静电相互作用和轨道杂化作用有关.研究结果可为Li修饰硅烯在未来氢存储领域的应用提供理论指导.

关键词： Li修饰硅烯氢存储吸附组分第一性原理

基于锡组分和双轴张应力调控的临界带隙应变Ge1-xSnx能带特性与迁移率计算

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物理学报 2018年第2期67卷 211-223页

作者：底琳佳戴显英宋建军苗东铭赵天龙吴淑静郝跃西安电子科技大学微电子学院宽带隙半导体技术国家重点学科实验室西安710071

能带工程通过改变材料的能带结构可以显著提升其电学和光学性质,已广泛应用于半导体材料的改性研究.双轴张应力和Sn组分共同作用下的Ge_(1-x)Sn_x合金,不仅可以解决直接带隙转变所需高Sn组分带来的工艺难题,而且载流子迁移率会显著提升... 详细信息

能带工程通过改变材料的能带结构可以显著提升其电学和光学性质,已广泛应用于半导体材料的改性研究.双轴张应力和Sn组分共同作用下的Ge_(1-x)Sn_x合金,不仅可以解决直接带隙转变所需高Sn组分带来的工艺难题,而且载流子迁移率会显著提升,在单片光电集成领域有很好的应用前景.根据形变势理论,分析了(001)面双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x的带隙转变条件,并给出了在带隙转变临界点Sn组分和双轴张应力的关系;采用8κ·p方法,得到了临界带隙双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x在布里渊区中心点附近的能带结构,进而计算得到电子与空穴有效质量;基于载流子散射模型,计算了电子与空穴迁移率.计算结果表明:较低Sn组分和双轴张应力的组合即可得到直接带隙Ge_(1-x)Sn_x合金,且直接带隙宽度随着应力的增大而减小;临界带隙双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x具有极高的电子迁移率,空穴迁移率在较小应力作用下即可显著提升.考虑工艺实现难度和材料性能两个方面,可以选择4%Sn组分与1.2 GPa双轴张应力或3%Sn组分与1.5 GPa双轴张应力的组合用于高速器件和光电器件的设计.

关键词：双轴张应变Ge1-xSnx k·p方法能带结构迁移率

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氢终端单晶金刚石反相器特性

物理学报 2022年第8期71卷 319-324页

作者：邢雨菲任泽阳张金风苏凯丁森川何琦张进成张春福郝跃西安电子科技大学宽带隙半导体技术国防重点学科实验室西安710071 西安电子科技大学芜湖研究院芜湖241002

超宽禁带半导体金刚石材料在高温、高压电路中具有重要的应用潜力.本研究采用微波等离子体化学气相沉积生长的单晶金刚石衬底制备了原子层沉积(atomic layer deposition, ALD)的Al_(2)O_(3)栅介质的氢终端金刚石金属氧化物半导体场效应... 详细信息

超宽禁带半导体金刚石材料在高温、高压电路中具有重要的应用潜力.本研究采用微波等离子体化学气相沉积生长的单晶金刚石衬底制备了原子层沉积(atomic layer deposition, ALD)的Al_(2)O_(3)栅介质的氢终端金刚石金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET)器件,并与负载电阻互连,成功制备了金刚石反相器. 4μm栅长的氢终端金刚石器件实现了最大113.4 m A/mm的输出饱和漏电流,器件开关比高达109,并在不同负载电阻条件下均成功测得金刚石反相器的电压反转特性,反相器的最大增益为10.

关键词：金刚石场效应管反相器

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多晶金刚石薄膜硅空位色心形成机理及调控

物理学报 2023年第3期72卷 299-306页

作者：李俊鹏任泽阳张金风王晗雪马源辰费一帆黄思源丁森川张进成郝跃西安电子科技大学宽带隙半导体技术国防重点学科实验室西安710071 西安电子科技大学芜湖研究院芜湖241002

金刚石硅空位色心在量子信息技术和生物标记领域有重要应用前景.本文对硅衬底上多晶金刚石生长过程中硅空位色心形成机理及调控方法进行研究.通过改变金刚石生长氛围中的氮气和氧气比例,实现了对硅空位色心发光强度的有效调控,所制备系... 详细信息

金刚石硅空位色心在量子信息技术和生物标记领域有重要应用前景.本文对硅衬底上多晶金刚石生长过程中硅空位色心形成机理及调控方法进行研究.通过改变金刚石生长氛围中的氮气和氧气比例,实现了对硅空位色心发光强度的有效调控,所制备系列多晶金刚石样品的光致发光光谱显示,硅空位色心荧光峰与金刚石本征峰的比值最低为1.48,最高可达334.46,该比值与金刚石晶粒尺寸正相关.进一步用光致发光面扫描和拉曼面扫描分析样品可知,多晶金刚石中的硅应来自于硅衬底,在多晶金刚石生长过程中,衬底硅单质先扩散至金刚石晶粒处,随着金刚石晶粒生长,硅单质再扩散并入金刚石晶体结构中形成硅空位色心.不同样品硅空位发光强度的差异,是由于生长过程中氮气和氧气对金刚石硅空位色心的形成分别起到促进和抑制的作用.

关键词：金刚石硅空位色心光致发光拉曼光谱

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工艺偏差下PMOS器件的负偏置温度不稳定效应分布特性

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物理学报 2016年第16期65卷 261-267页

作者：汤华莲许蓓蕾庄奕琪张丽李聪西安电子科技大学微电子学院宽带隙半导体国家重点实验室西安710071

当器件特征尺寸进入纳米级，负偏置温度不稳定性（NBTI）效应和工艺偏差都会导致p 型金属氧化层半导体（PMOS）器件性能和可靠性的下降.基于反应-扩散（R-D）模型，本文分析了工艺偏差对NBTI效应的影响；在此基础上将氧化层厚度误差和... 详细信息

当器件特征尺寸进入纳米级，负偏置温度不稳定性（NBTI）效应和工艺偏差都会导致p 型金属氧化层半导体（PMOS）器件性能和可靠性的下降.基于反应-扩散（R-D）模型，本文分析了工艺偏差对NBTI效应的影响；在此基础上将氧化层厚度误差和初始阈值电压误差引入到R-D模型中，提出了在工艺偏差下PMOS器件的NBTI效应统计模型.基于65 nm工艺，首先蒙特卡罗仿真表明在工艺偏差和NBTI效应共同作用下， PMOS器件阈值电压虽然会随着应力时间增大而沿着负方向增加，但是阈值电压的匹配性却随着时间推移而变好；其次验证本文提出的统计模型准确性，以R-D模型为参考，在104 s应力时间内， PMOS器件阈值电压退化量平均值和均方差的最大相对误差分别为0.058%和0.91%；最后将此模型应用到电流舵型数模转换器中，仿真结果显示在工艺偏差和NBTI效应共同作用下，数模转换器的增益误差会随着应力时间的推移而增大，而线性误差会逐渐减小.

关键词： p型金属氧化层半导体负偏置温度不稳定性工艺偏差阈值电压

背势垒层结构对AlGaN/GaN双异质结载流子分布特性的影响

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物理学报 2009年第5期58卷 3409-3415页

作者：张进成郑鹏天董作典段焕涛倪金玉张金凤郝跃西安电子科技大学微电子学院宽带隙半导体技术国防重点学科实验室宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

首先通过一维自洽求解薛定谔/泊松方程,研究了AlGaN/GaN双异质结构中AlGaN背势垒层Al组分和厚度对载流子分布特性的影响.其次利用低压MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出具有不同背势垒层的AlGaN/GaN双异质结构材料,通过汞探针CV测试验证了... 详细信息

首先通过一维自洽求解薛定谔/泊松方程,研究了AlGaN/GaN双异质结构中AlGaN背势垒层Al组分和厚度对载流子分布特性的影响.其次利用低压MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长出具有不同背势垒层的AlGaN/GaN双异质结构材料,通过汞探针CV测试验证了理论计算的正确性.理论计算和实验结果均表明,随着背势垒层Al组分的提高和厚度的增加,主沟道中的二维电子气面密度逐渐减小,寄生沟道的二维电子气密度逐渐增加;背势垒层Al组分的提高和厚度的增加能有效的增强主沟道的二维电子气限域性,但是却带来了较高的寄生沟道载流子密度,因此,在AlGaN/GaN双异质结构的设计时,需要在主沟道二维电子气限域性的提高和寄生沟道载流子密度抑制之间进行折中考虑.

关键词： AlGaN/GaN 双异质结构限域性寄生沟道晶体管

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氮化物半导体电子器件新进展

科学通报 2015年第10期60卷 874-881页

作者：郝跃张金风张进成马晓华郑雪峰西安电子科技大学微电子学院宽带隙半导体技术国家重点学科实验室西安710071

氮化物宽禁带半导体是实现大功率、高频率、高电压、高温和耐辐射电子器件的一类理想材料.基于氮化镓(GaN)异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)是氮化物电子器件的主流结构,该结构利用高电导率二维电子气实现强大的电流驱动,同时保持了氮... 详细信息

氮化物宽禁带半导体是实现大功率、高频率、高电压、高温和耐辐射电子器件的一类理想材料.基于氮化镓(GaN)异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)是氮化物电子器件的主流结构,该结构利用高电导率二维电子气实现强大的电流驱动,同时保持了氮化物材料的高耐压能力.近年来,GaN HEMT器件主要在微波功率和电力电子2个领域得到了快速发展.本文评述了GaN微波毫米波功率器件和高效电力电子器件的若干研究进展,并提出了氮化物电子器件仍存在的问题及解决方向.

关键词：氮化物半导体材料微波功率器件电力电子器件

不同晶面的氢终端单晶金刚石场效应晶体管特性

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物理学报 2020年第2期69卷 248-255页

作者：张金风徐佳敏任泽阳何琦许晟瑞张春福张进成郝跃西安电子科技大学微电子学院宽带隙半导体技术国防重点学科实验室西安710071 陕西省石墨烯联合实验室西安710071

通过微波等离子体化学气相淀积技术生长单晶金刚石并切割得到(110)和(111)晶面金刚石片,以同批器件工艺制备两种晶面上栅长为6μm的氢终端单晶金刚石场效应管,从材料和器件特性两方面对两种晶面金刚石进行对比分析.(110)面和(111)面金... 详细信息

通过微波等离子体化学气相淀积技术生长单晶金刚石并切割得到(110)和(111)晶面金刚石片,以同批器件工艺制备两种晶面上栅长为6μm的氢终端单晶金刚石场效应管,从材料和器件特性两方面对两种晶面金刚石进行对比分析.(110)面和(111)面金刚石的表面形貌在氢终端处理后显著不同,光学性质则彼此相似.VGS=–4 V时,(111)金刚石器件获得的最大饱和电流为80.41 m A/mm,约为(110)金刚石器件的1.4倍;其导通电阻为48.51 W·mm,只有(110)金刚石器件导通电阻的67%.通过对器件电容-电压特性曲线的分析得到,(111)金刚石器件沟道中最大载流子密度与(110)金刚石器件差异不大.分析认为,(111)金刚石器件获得更高饱和电流和更低导通电阻,应归因于较低的方阻.

关键词：单晶金刚石 (110)晶面 (111)晶面场效应晶体管