王佳瑛[1]2015年在《黑磷光电特性及其异质结器件研究》文中认为黑磷作为一种新型的二维材料由于具有良好的电学与光电特性,因此受到科研工作者的广泛关注。黑磷属于双极性的窄带隙的半导体,其带隙为直接带隙,带隙类型不随着黑磷厚度的变化而改变;黑磷场效应管器件的载流子迁移率可以达到10000 cm2V-1s-1,略低于石墨烯的载流子迁移率但远高于过渡金属硫化物。此外,由于黑磷晶体结构的各向异性,在外场的作用下可以对黑磷的带隙在较宽的范围内进行调控,因此黑磷在柔性光电探测器件领域具有广阔的应用前景。现如今对于黑磷的研究尚处于初步阶段,对于黑磷的电学性质、力学性质以及相关的光电异质结器件的报道较少。本文针对以上的问题,采用扫描探针显微镜电学与力学模块配合半导体器件探针台对黑磷及其异质结的电学力学性质以及光电特性进行了研究,此外透射电镜以及微区拉曼光谱对于黑磷在退火条件下黑磷的相变行为进行了初步的探索。研究表明,原始黑磷的表面电势随黑磷厚度的增大逐渐降低,块状黑磷的表面电势约为-51.5 m V。此外,黑磷表面的磷氧化合物对于黑磷表面电势的影响较大。黑磷在300 oC退火过程中发生了黑磷表面磷氧化合物以及黑磷本身的挥发,此外还存在正交晶系的黑磷向单斜晶系的紫磷的相变过程。黑磷的相变过程导致了退火后黑磷表面电势的明显升高。退火处理后厚度为17.6 nm的紫磷为p型半导体,其空穴的载流子迁移率为226.3 cm2V-1s-1。本文利用扫描探针显微镜的力学模块对黑磷的力学性质进行了分析。黑磷存在明显的负泊松比材料的特性;而其杨氏模量随黑磷厚度的增加而逐渐降低。当黑磷的厚度为14.3 nm时,其杨氏模量为276±32.4 GPa。随着黑磷厚度的增加,其杨氏模量值趋近于块状黑磷的杨氏模量值。此外黑磷的断裂强度大于25GPa而断裂应变大于8%,满足柔性器件的要求。此外本课题利用横向力显微镜对黑磷表面摩擦力进行了初步的探索,相比于各向同性的Mo S2,黑磷的表面摩擦力存在着明显的各向异性。黑磷表面摩擦力最大值与最小值的方向呈90度角,对应黑磷的[100]与[010]晶向的各向异性。通过建立黑磷表面摩擦力与晶体取向的关系,对今后制备黑磷电学器件有一定的指导意义。利用导电原子力显微镜对B-P/Si异质结结构的光电特性进行了研究,B-P/p-Si异质结结构在光照的条件下,正向与负向均有光电流的产生,光电流的大小随着光照强度的提高而提高,在入射光波长为460 nm,功率为106 m W/cm2的光照条件下,光电流达到最大值约为11 n A。B-P/p-Si异质结结构对于460 nm波长的光照较为敏感,其光响应的大小可以达到4.5 A/W。而B-P/n-Si异质结结构的光电性能相比于B-P/p-Si性能较低,在正向偏压作用下,B-P/n-Si异质结结构出现明显的负微分效应。最后建立了B-P/Si异质结能带结构以及光生载流子分离规律。
赵洋[2]2016年在《InN薄膜的MBE法生长及其NiO组合异质结器件研究》文中研究表明InN是Ⅲ族氮化物半导体材料体系中重要的组成部分,在Ⅲ族氮化物中具有最小的有效电子质量,最高的电子迁移速率和饱和电子漂移速率等优良特性,被广泛应用在高效太阳能电池,红外探测器以及太赫兹器件等领域。特别是其较窄禁带宽度(~0.7e V)得到实验的验证,使得Ⅲ族氮化物材料体系的发光波长从深紫外延伸到了近红外,为Ⅲ族氮化物器件的发展又增加了许多新的方向。然而,由于InN材料具有较低的分解温度以及较高的N_2平衡蒸汽压,使得高质量InN薄膜材料的获得比较困难,严重阻碍了InN材料与器件的研究进展,因此制备出高质量的InN薄膜材料,使之能够用于器件研发是我们需要解决的难题;另一方面,由于InN具有很强的表面电子积聚效应,使得InN材料的p型掺杂难以稳定实现,阻碍了InN基光电子器件的发展。因此我们有必要尝试利用其它成熟的p型半导体材料与n-InN组合来构筑InN基异质结器件。NiO作为一种天然的p型半导体材料,具有良好的化学稳定性及较低的电阻率和制备成本,广泛地应用于透明导电薄膜、紫外探测器及气敏传感器等领域。由此我们提出选用NiO作为p型材料与n-InN组合制备InN基异质结器件,这为InN基发光器件的研究提供了一种新的途径。本论文基于等离子辅助MBE技术,重点围绕InN薄膜材料的外延生长以及InN与NiO组合异质结器件制备两方面进行研究,具体内容如下:1.采用等离子辅助MBE技术在Al_2O_3衬底上制备了InN薄膜材料。研究了衬底氮化对外延生长InN薄膜特性的影响,实验结果表明在InN薄膜的外延生长过程中引入衬底氮化过程,可以有效地降低衬底与外延层之间的晶格失配,改善薄膜的表面形貌、结晶、光学及电学特性。分析了In源温度、N_2流量以及外延温度等生长参数对InN材料特性的影响,获得了优化的生长条件。在In源温度为650℃、N_2流量为3sccm、外延温度为460℃时制备的InN薄膜表现出二维层状模式生长,薄膜表面光滑平整,InN(0002)面ω扫描半峰宽为540arcsec,其室温PL谱展现出明显的近红外发光峰,电子迁移率达到了519cm2/v.s,这为后续InN在异质结器件中的应用奠定了基础。2.采用磁控溅射方法在Al_2O_3和Si衬底上制备了NiO薄膜材料。研究了溅射温度及氧分压对NiO材料特性的影响,得到了优化的制备条件。当溅射温度为300℃及氧分压为40%时制备的NiO材料具有较好晶体质量和电学特性,为后续NiO在异质结器件中的应用奠定了基础。3.采用PAMBE结合磁控溅射方法在InN外延层上制备了NiO薄膜材料。研究了InN外延层对NiO材料特性的影响。相比于直接沉积在Ga N/Al_2O_3衬底上的NiO样品,沉积在InN外延层上的NiO呈现出一个合并性较好的表面且单一取向生长,薄膜呈现出良好的p型导电特性。4.采用PAMBE结合磁控溅射方法在Al_2O_3衬底上制备了p-NiO/n-InN/Al_2O_3异质结发光器件。测试结果表明制备的InN薄膜具有良好的晶体质量及光学特性。器件具有典型的整流特性,并在室温条件下实现了InN材料在1565nm处的近红外电致发光。通过与PL谱对比发现,该器件的EL谱与InN的PL谱的发光范围基本一致,峰型类似,因此推断出该近红外电致发光来源于InN的带边辐射复合发光。5.采用PAMBE结合磁控溅射方法在Ga N/Al_2O_3衬底上制备了n-InN/p-NiO/p-Ga N/Al_2O_3异质结发光器件。测试结果表明生长在NiO纳米颗粒上的InN具有较光滑且致密的纳米点状结构,其中一些纳米点合并形成小岛或者不连续的薄膜。器件具有典型的整流特性,在正向电流注入时,器件展现出明显的近红外发光,发光峰位于1565nm左右。并且随着注入电流从30m A增加到75m A,器件的发光峰强度表现出明显的增强。通过与PL谱的比较,可以推断出器件EL谱中的近红外发光来源于InN层的禁带边辐射复合发光。6.采用PAMBE结合磁控溅射方法在Si衬底上制备了n-InN/p-NiO/p-Si异质结发光器件。测试结果表明InN具有c轴择优取向,NiO具有单一的(200)择优取向。生长在NiO颗粒上的InN表现为不连续的薄膜形貌而不是纳米点状结构。器件具有典型的整流特性,在正向电流注入时,器件表现出明显的近红外发光,发光峰位于1565nm左右。随着注入电流的增加,器件的发光峰强度表现出明显的增强。通过与PL谱的比较,可以推断出该器件EL谱中的近红外发光来源于InN层的禁带边辐射复合发光。此外,通过对该器件长时间直流工作下的EL测试,考察了器件发光性能的稳定性,并对器件特性劣化的原因进行了分析。
杨沛锋[3]2002年在《Si/SiGe异质结器件研究》文中认为移动通信、GPS、雷达及高速数据处理系统等的高速发展对半导体器件的性能，如截止频率、功耗和成本等提出了更高的要求。相对于Si器件和化合物半导体器件，Si／SiGe异质结器件能以更高的性能价格比满足该要求，故成为目前国内外研究的热点之一。本文通过对Si／SiGe异质结材料特性、生长技术、p-MOSFET、SiGe-HBT的研究，设计优化、试制出了SiGe-p-MOSFET和SiGe-HBT器件样品。 首先，通过理论分析和模拟，给出了Si／SiGe-p-MOSFET优化设计原则，主要包括：(1)栅材料的选择；(2)沟道层中Ge组分及其分布曲线的确定；(3)栅氧化层及Si盖帽层厚度的计量优化；(4)阈值电压的调节。应用以上原则设计了器件各参数，并制备了器件样品。测试结果显示，SiGe-p-MOSTET(L=2gm)跨导为45mS／mm(300K)和92mS／mm(77K)，而作为对照的常规Si-p-MOSTET的跨导为33mS／mm(300K)和39mS／mm(77K)。 同时，提出了一种描述Si／SiGe-p-MOSFET中量子阱内空穴面密度的模型，其中考虑到了SiGe量子阱中最低的两个子价带，但暂未计及Si盖帽层中寄生沟道的影响。模型计算结果与MEDICI模拟结果的比较表明该模型可准确描述寄生沟道形成之前SiGe量子阱沟道中的空穴面密度。在大规模集成电路设计中该模型可用于模拟预测SiGe-p-MOSFET的阈值电压、电流-电压及电容-电压特性。 其次，详细分析了SiGe-HBT中基区不均匀掺杂、基区复合、异质结势垒效应等对器件性能的影响，设计、优化并试制出了器件样品。测试表明，器件的电流放大倍数为50，截至频率为5GHz。 在器件制备工艺方面，利用MBE，在450～550℃下生长了Si／SiGe合金薄膜，并得到了所需Ge组分的分布和掺杂(B和Sb)分布曲线，满足了器件制备的要求。 研究了应变Si／SiGe薄膜的工艺热稳定性，为确定热处理工艺条件，如热氧化、退火等的温度和时间，提供了实验依据。 700～800℃，30～150min湿氧热氧化Si盖帽层，得到厚度为15～20nm的SiO_2薄膜。在实验中发现，Si盖帽层的氧化速率要明显高于普通的Si材料，究其原因，主要是由于应力的存在、掺杂和Ge的外扩散有增强氧化的作用。 电子科技大学博士论文 利用PECVD，在300℃下采用低功率密度淀积生长了SIOZ薄膜，分别经700－850”C 60－305退火。退火后与退火前的界面态密度 Nss分另为 1．IX t’m－2·eVl和3118 X 101’cmZ．eV－‘ 在实验中提出并应用了实验版图的设计方法，其基本思路为将多张版图的内容经旋转一定角度后，集中排放在同一张版图上，在曝光时仍按一定角度旋转后再对准相应图形即可。该法以牺牲部分圆片有效面积为代价，大幅度减少实验流片中所使用的版图数量，节约了流片费用。 论文通过对SirsiGe异质结材料特性、生长技术、pMOSFET、SIGe卫BT的研究，设计优化、试制出了SIGe个－MOSFET和SIGe－HBT器件样品，能以更高的性能价格比满足移动通信、GPS及雷达等领域对高频、低功耗、低成本微电子器件的需求。
王海龙, 潘东, 赵建华[4]2018年在《漫谈半导体材料及异质结器件》文中认为半导体材料与器件在当代信息社会中扮演着核心角色,相关产品几乎渗透了人类生活的各个角落。文章简要回顾了半导体的研究历史,介绍了半导体材料与相关应用,阐述了半导体异质结器件的工作原理,并展示了半导体自旋电子学及低维窄禁带半导体纳米结构的研究现状与发展前景。
王恒[5]2016年在《PbS量子点/TiO_2异质结器件的制备及其性能研究》文中进行了进一步梳理近年来,胶体量子点(CQDs)因其可溶液加工制备、禁带宽度可调和多激子产生效应等特性,日益受到人们的广泛关注。特别是PbS等IV-VI族量子点因其光吸收范围可拓展至近红外光区,在太阳能电池器件应用方面尤其受到关注。PbS等胶体量子点电池的性能与其内部载流子的产生、转移、输运和抽取等动力学行为和过程密切相关,而这些动力学行为和过程又与器件中各功能层的表界面性质和能级结构直接相关。传统的平面异质结器件有源层厚度在200~300 nm之间,限制了太阳能电池对太阳光的充分利用。针对以上问题,本文以Pb S量子点作为薄膜电池有源层,研究了不同粒径量子点和不同配体处理的量子点其对异质结电池性能的影响;以金红石TiO_2纳米棒作为电子传输层,分析了Pb S量子点/TiO_2纳米棒异质结器件性能。主要研究工作有以下两方面内容:1.以双(叁甲基硫化硅)为硫源,PbO为铅源,采用热注入法制备出了粒径在2.6~4.5 nm的胶体PbS量子点。通过循环伏安测试和吸收光谱测试,确定了有机配体(油酸)和原子配体(四正丁基碘化铵,TBAI)钝化的不同粒径PbS量子点的导带和价带能级,并研究了量子点尺寸对PbS/TiO_2异质结电池(空气气氛中制备)性能的影响。结果表明,当PbS量子点尺寸从2.6 nm增加至4.5 nm时,油酸包覆PbS量子点的导带底从-3.67 eV减小到-4.0 eV,价带顶从-5.19 eV增加到-4.97 eV;而对于TBAI配体置换的PbS量子点,其导带底和价带顶则分别从-4.15 eV和-5.61 eV变化至-4.51 eV和-5.46 eV;粒径为3.9 nm的PbS量子点所制备的电池性能最优,其能量转化效率达到2.34%,这可归因于其适宜的禁带宽度、结晶质量和良好的PbS/TiO_2界面能级匹配度。相比于有机分子配体(3-巯基丙酸),利用原子配体的PbS量子点薄膜,由于卤素原子对量子点有着更高效的钝化保护作用,展现了更高的空气稳定性。2.利用水热合成法,在不同条件下制备了TiO_2纳米棒。使用紫外-可见-近红外分光光度计、X-射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析了TiO_2纳米棒的光学性质、晶体结构和形貌。着重分析了水热生长浓度、反应时间和温度对TiO_2纳米棒生长的影响,同时研究了不同长度TiO_2纳米棒对异质结电池性能的影响。结果表明,利用约0.6μm的TiO_2纳米棒制备的异质结电池性能最高,这可归因于其由适宜厚度的叁维异质结区和量子点覆盖层所组成的有源层保证了电池对太阳光的充分吸收和光生载流子的高效转移。本工作的研究结果将有助于进一步加深量子点表面性质对其能带结构和电池性能影响机理的理解,也将为通过构筑叁维异质结结构、进一步优化提高量子点电池性能奠定基础。
陈繁, 谭开洲, 陈振中, 陈谱望, 张静[6]2017年在《高性能锗硅异质结器件击穿特性的研究》文中研究表明对高频下的SiGe HBT器件击穿特性进行了研究。借助TCAD仿真工具,分析了影响器件击穿特性的基区Ge分布与集电区掺杂浓度超结结构。在3种不同Ge分布下,仿真结果表明,基区Ge的均匀分布有利于提高击穿电压;同时将超结结构引入集电区后,SiGe HBT器件的击穿电压提高了36%,由2.5V提高到3.4V。
崔夕军[7]2015年在《Si上MOCVD法制备ZnO薄膜以及n-ZnO/MgO/p-Si异质结器件发光研究》文中提出作为一种在室温下具有大的激子束缚能（60meV）的直接带隙宽禁带半导体材料，ZnO在室温下的禁带宽度为3.37eV，这决定了ZnO能够广泛应用于紫外波段发光二极管和激光器件。但是，稳定可靠的p-ZnO材料的难以制备一直束缚着ZnO基光电器件的发展。因此利用n-ZnO和其他p型半导体材料构建异质结器件成为人们的另一个研究重点。ZnO/Si异质结由于其在光电子集成领域的潜在应用成为人们的重要选择。为了实现ZnO器件在Si基芯片上的集成，人们普遍关注Si衬底上ZnO的生长。本文首先利用磁控溅射技术在Si衬底上生长一层较薄的MgO缓冲层，以减少ZnO与Si衬底的晶格失配，之后通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在MgO缓冲层上外延ZnO薄膜，最后利用得到的样品构建了n-ZnO/MgO/p-Si异质结发光器件。实验主要研究了MgO缓冲层的厚度和缓冲层的退火温度对ZnO外延生长的影响以及ZnO/MgO/p-Si异质结器件的发光表现。具体的研究内容如下：1、研究了MgO缓冲层的厚度对ZnO薄膜的影响。研究发现较薄的MgO缓冲层能够改善ZnO薄膜的表面形貌，优化ZnO薄膜的结晶质量，提高ZnO薄膜的光学质量。2、研究了MgO缓冲层的退火温度对ZnO薄膜的影响，研究发现，随着退火温度的增加，MgO缓冲层的表面形貌发生变化，这进一步影响了ZnO的后期外延生长，发现当退火温度达到750℃时，ZnO纳米柱的尺寸出现两极分化，一部分纳米柱直径较大，一部分纳米柱直径较小。但是ZnO薄膜的晶体质量明显变差，薄膜内所受的应力明显增加。3、研究了所构建的n-ZnO/MgO/p-Si异质结器件的发光特性，并进一步通过能带理论分析器件的发光机制。测试结果表明：n-ZnO/MgO/p-Si异质结具有良好的整流特性。在器件的正向偏压较大的情况下，器件的电致发光(EL)谱覆盖了从370nm到600nm的紫外-可见光区域，该发光性质与ZnO的光致发光(PL)谱具有明显的一致性。
王海波, 闫东航[8]2009年在《结晶性有机半导体异质结器件》文中指出今天几乎所有重要的半导体器件的工作原理都与异质结和肖特基结有关,比较完整地理解和运用异质结和肖特基结是通过了长达半个世纪的持续努力.近20年有机异质结构已经被广泛的应用到有机电子器件中,包括有机发光二极管、有机光伏电池和有机场效应晶体管.然而,目前却缺少对有机异质结效应的认识.因此,完整认识有机异质结并运用它来发展有机半导体材料与器件是我们面临的机遇和挑战.本文首先阐述了我们对结晶性有机半导体异质结效应的理解,然后给出了有机异质结在半导体器件中的应用,重点介绍了我们近年来在运用有机异质结发展高功能电子器件方面的探索工作和初步认识.有机异质结在高性能场效应晶体管、改善金属有机接触和迭层器件中连接单元等方面均有所应用.有机异质结具有丰富的类型,充分利用有机异质结的特征,将为发展适合有机半导体材料、新功能器件和高级功能器件提供了新的视角和途径.
周婷婷[9]2014年在《非极性ZnO薄膜及其异质结器件的制备与性能研究》文中研究表明外延ZnO薄膜大多数沿着c轴方向择优生长,沿着c轴方向生长的ZnO薄膜,锌原子层与氧原子层交替排列,由于缺少反演对称性,从而导致了很强的晶格自发极化效应,降低了ZnO基器件的效率。使ZnO材料沿着非极性或半极性方向生长可避免或削弱晶格极化效应造成的不良影响。另一方面,制备高质量的p型ZnO材料仍是一世界性研究难题,这极大程度上阻碍了ZnO同质pn结器件的发展。作为一种选择性方案,采用p型材料与n型ZnO制备异质结开始受到了关注。本文采用脉冲激光沉积系统(PLD),制备了不同Li含量的LixNi1-xO薄膜、高质量的非极性ZnO薄膜、不同结构的p-NiO(111)/n-Zn0(1120)异质结和Mg0.2Ni0.8O/ZnO异质结。研究了生长参数对LixNi1-xO薄膜性能的影响、p-NiO(111)/n-ZnO(1120)异质结的性能和Mg0.2Ni0.8O/ZnO异质结的能带结构。具体工作如下：1、在石英衬底上制备了LiXNi1-xO薄膜,研究了生长参数对制备的LixNi1-xO薄膜性能的影响,结果表明沉积压强和衬底温度对薄膜的晶体质量、光学性能、电学性能有较大影响。在350℃,5Pa的条件下制备的LixNi1-xO薄膜的综合性能较佳。2、参考在石英衬底上制备LixNi1-xO薄膜的实验结果,我们在r面蓝宝石上制备了两种不同结构的p-NiO(111)/n-ZnO(1120)异质结,通过改变Lio.07Ni0.93O薄膜的沉积压强,并在NiO与ZnO之间插入MgZnO中间层,获得了性能较好的异质结。3、在上述工作的基础上,制备了禁带宽度大于NiO的MgNiO薄膜。采用X射线光电子能谱法研究了Mgo.2Nio.80(111)/ZnO异质结中ZnO的生长取向对于异质结价带带阶的影响。Mgo.2Nio.80(111)/ZnO(1120)和Mgo.2Ni0.80(111)/ZnO(0002)两种异质结的价带带阶分别为1.8±O.1eV和1.4±0.1eV,导带带阶为2.4±0.1eV和2.0±0.1eV。两种异质结都呈现type-Ⅱ能带结构,两种异质结能带结构的差异主要原因是在极性ZnO中存在自发极化效应。
李琳, 文亚南, 董燕, 汪壮兵, 梁齐[10]2012年在《Cu_2ZnSnS_4/Si异质结器件的制备及特性研究》文中进行了进一步梳理利用脉冲激光沉积法在不同电阻率的n型Si(100)基片上沉积Cu2ZnSnS4薄膜,制备p-Cu2ZnSnS4/n-Si异质结。利用X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)和原子力显微镜(AFM)对Cu2ZnSnS4薄膜的结构、组分和形貌进行表征,并对器件进行Ⅰ-Ⅴ测试,讨论不同电阻率的Si对异质结器件光电特性的影响。结果表明,器件有良好的整流特性,Si电阻率大的器件光电响应比较好,而Si电阻率小的器件光伏效应比较明显。
裴九清[11]2015年在《增强型双异质结器件特性研究》文中研究表明氮化镓基器件由于出色的性能,被学术界和工业界广泛的研究。增强型氮化镓器件在开关和数字电路领域也因具有较大的应用前景而被大量研究。背势垒结构能够提高二维电子气的限域性,氟处理是一种常用的实现增强型技术,然而国内外很少学者研究氟处理背势垒结构器件,因此氟处理和背势垒相结合实现增强型器件具有非常好的研究价值。本文从理论模拟和实验制作上研究了低损伤的增强型双异质结器件,研究内容包括以下几个方面:(1)通过模拟仿真,得到了结合氟注入的叁种不同GaN沟道厚度双异质结器件(15nm,30nm,60nm),其阈值电压均大于0V。本文首先模拟仿真了常规单异质结器件和双异质结器件特性,发现双异质结器件具有较小的二维电子气浓度。仿真不同GaN沟道层厚度的双异质结器件,发现阈值电压随着沟道层的厚度的增加而越来越负,跨导随着沟道层的厚度的增加而越来越大。仿真了常规氟功率和较低氟功率分别处理单异质结和双异质结器件,采用较低氟处理功率对叁种不同GaN沟道厚度的双异质结器件进行处理,均得到了阈值电压大于0V的效果。(2)通过实验,成功制作了叁种不同GaN沟道的增强型双异质结器件(14nm,28nm,60nm),且退火后保持较大的阈值电压。我们使用135W氟处理功率对叁种不同GaN沟道的增强型双异质结器件(14nm,28nm,60nm)进行处理,退火前它们的阈值电压能达到1.1V、0.8V和0.3V,它们的峰值跨导分别达到110mS/mm、146mS/mm、198mS/mm。为了进一步提高器件的性能,我们对其进行退火处理。由于135W氟处理功率对器件的损伤较小,退火之后两种不同GaN沟道的增强型双异质结器件(14nm、28nm)的阈值电压分别达到0.7V、0.4V,它们的峰值跨导分别达到161mS/mm、198mS/mm。在肖特基特性方面,我们发现,在隧穿机制的影响下,栅反向电流随着GaN沟道层厚度增加而增加。(3)通过实验,分析了双异质结器件的变温特性。我们对器件进行从20度到270度的在片变温测试。在直流特性方面,当温度从20度上升到70度时,器件的直流特性性能非常稳定,当温度继续升高时,由于氟离子的移动,阈值电压逐渐负向移动;在肖特基特性方面,在不同的温度区间由不同的电流输运机制控制。对于反向肖特基电流,在隧穿机制和碰撞机制的共同作用下,肖特基反向电流先增大后减小。对于正向肖特基电流,在隧穿机制和热电子发射机制共同作用下,肖特基正向电流亦是先增大后减小;在DIBL特性方面,常温下14nm GaN沟道双异质结器件具有非常好的限域性,其DIBL特性值仅为16mV/V,但随着温度升高,其DIBL特性不稳定,限域性变差,常温下28nm GaN沟道双异质结器件限域性也较好,其DIBL特性值为30mV/V,随着温度升高,DIBL特性较为稳定,限域性依然保持较好。
汪昊[12]2015年在《半导体异质结器件数值计算的研究》文中研究说明新型半导体器件随着芯片行业的巨大需求日益层出不穷,其中异质结器件由于其独特的物理特性得到了广泛的应用。如今半导体器件的研究已然离不开仿真软件的帮助,因此研究半导体异质结器件的数值计算具有重要的应用价值。本文主要采用漂移扩散模型作为半导体模拟的基本物理模型。由于异质结构的独特性,本文还建立了异质结界面的电流密度计算模型,这两个模型奠定了异质结器件能够进行数值计算的理论基础。此外,本文还介绍了半导体异质结的基本物理理论,而且还详细介绍了异质结器件模拟中所采用的迁移率模型以及碰撞电离模型。接下来,本文介绍了数值计算中的网格技术、边界条件的处理、求解非线性方程组的收敛判据等,并以Poisson方程的离散为例,重点介绍了数值计算中用于方程离散的数值方法:有限体积法,其主要优点是微分方程离散后依然能保持原方程的守恒性,且物理意义清晰明确、方程形式规范。随后,还介绍了使用牛顿迭代法求解离散后的大型稀疏非线性方程组。而在实际的数值计算中,本论文采用第叁方的函数库PETSc替代了这一繁复的工作,所要做的仅仅是设置好函数接口,这使得本论文可以重点关注器件的物理模型,因此大大提高了开发效率。器件的物理模型成功转变为数学模型后,高速发展的现代计算机技术帮助本论文处理复杂的计算问题,从而模拟得到器件的物理特性。本论文基于半导体器件模拟软件SDS,并参考开源软件Genius与商业软件Silvaco,构建了用于异质结器件数值模拟的计算模块,该模块具有耦合性低,可复用性好的优点。接下来,本论文使用SDS软件模拟了叁种由不同材料组成的异质结二极管,得到了它们在不同掺杂浓度条件下的物理特性,其中包括平衡态内建电势差、正向以及反向偏压下的电流电压特性曲线等,并通过与Sivalco软件的仿真结果进行对比,检验了SDS软件中异质结器件计算模块的正确性。同时,通过大量的仿真对比优化该模块中的基本参数。最终,本论文依据大量仿真对比的结果,得出结论:本文所开发的半导体异质结计算模块是正确的,能够模拟异质结器件的基本物理特性,并且能得到精确的仿真结果。
谢小漪[13]2015年在《ZnO/MEH-PPV异质结器件紫外电致发光的改善以及发光机理的研究》文中认为随着短波长光学器件的需求日益增长,ZnO作为宽禁带半导体越来越受到关注,ZnO纳米材料的电致发光器件成为研究热点。因为宽禁带材料的低掺杂率,p型ZnO的制备问题一直难以突破。本实验小组在之前的研究工作中,采用简单低廉的低温水热二步法制备出取向一致、结晶良好的ZnO纳米棒阵列,制备出ZnO纳米棒/MEH-PPV反型异质结器件,在直流电压下可以观测到ZnO的近紫外发光。但是器件也存在着很多问题,比如光谱不纯、启亮电压偏高、发光强度低、载流子的注入传输不平衡、发光机理不完善等。因此本论文针对改善ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结器件进行了以下工作。首先,为了提高ZnO纳米棒的结晶性,首次尝试用掺铝ZnO薄膜(AZO)作为器件的透明导电氧化层,制备了AZO/ZnO/ZnO纳米棒/MEH-PPV/A1器件,在直流偏压下观测到ZnO在380nm处紫外带边发光。与传统的ITO电极相比,由于AZO的高功函数和晶格匹配,它更适合用于ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结器件的电极,所以AZO作为电极的器件比ITO器件启亮电压更低,发光亮度增强。在MEH-PPV上蒸镀一层0.8nm的LiF后,器件的启亮电压进一步降低,发光亮度明显增强。其次,对比两种有机半导体材料MEH-PPV和有机绝缘材料PMMA,认为PMMA可以很好的改善ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结器件光谱不纯的问题,并阐述使用PMMA作为有机层的合理解释,即电子隧穿理论。与ZnO纳米颗粒/PMMA的器件进行对比,从实验结果可以看到,ZnO纳米棒阵列/PMMA的复合器件中因为采用的是纳米棒阵列,其器件的启亮电压更低,发光亮度更强,但是其稳定性有待改善。这是因为ZnO纳米棒尖端的场发射效应增加了电子隧穿几率,所以提高了ZnO的紫外电致发光亮度。最后,尝试了利用ZnO的N型特征和阴极修饰的方法。在MEH-PPV上利用水浴法生长ZnO纳米棒,制备出的异质结器件只得到ZnO的缺陷发光,说明低温退火无法得到结晶性良好的ZnO纳米棒阵列。利用Au作为金属阴极的反型器件,分析其无法得到近紫外发光是由于有机无机层的电压分配和载流子传输不平衡。添加PFN作为阴极修饰层,促进电子的注入,可以增强MEH-PPV的发光,抑制ZnO的近紫外发光,验证了380nm的发光主要是基于电子隧穿。
蒋昊天[14]2014年在《硅基SnO_2异质结器件的电致发光及其增强策略的研究》文中研究表明Sn02是直接禁带半导体且具有相当高的室温激子束缚能(-130meV),然而由于其双极子-束缚特性,几乎不能产生带间复合发光。在此情况下,利用SnO2缺陷态产生电致发光近年来引起人们的研究兴趣。本文制备了Sn02/P+-Si异质结,并实现了基于该异质结的器件的低电压/电流驱动的紫外-可见电致发光,具体的主要结果如下：(1)研究了不同温度热处理的Sn02/P+-Si异质结器件的电致发光。研究发现：经过更高温度热处理的器件表现出更强的电致发光,这是由于经过更高温度热处理的SnO2薄膜中存在更多的缺陷态。但是,器件电致发光的开启电压更高,这是由于在氧气气氛下进行更高温度的热处理使得SnO2和p+-Si界面处形成了更厚的SiOx绝缘层。(2)利用在SnO2薄膜上层增加一层TiO2盖层的方法,显着增强了SnO2/p+-Si异质结器件的电致发光。研究表明：由于TiO2盖层的引入,抑制了热处理过程中SnO2的挥发,增强了薄膜的致密性,因而减少了非辐射复合中心；此外,由于TiO2比SnO2折射率更高,提高了器件的出光效率。(3)研究了射频溅射的不同工艺参数对掺A1的ZnO(AZO)透明导电薄膜性能的影响。研究发现：以250～300℃的衬底温度可以获得最优导电性能的AZO薄膜,且沉积薄膜的工作气压越低时,导电性能更佳。以AZO薄膜替代ITO薄膜,与Sn02/p+-Si器件形成欧姆接触,器件表现出更强的电致发光。
张婧娇[15]2017年在《铁电基异质结器件的制备及其物理性能调控研究》文中提出近年来,将铁电与半导体材料集成到一个器件中从而实现器件的多功能是当前国际铁电学研究中最活跃的领域。事实上,这些器件均具有异质结结构或是将铁电薄膜制作在特定的具有微电子或光电功能的衬底上,或是将其他功能的薄膜材料制备在铁电薄膜上。因此,透彻了解铁电基异质结的物理性质对开发新集成铁电器件及提高其性能至关重要。本论文基于对铁电、光电、半导体和相变等前沿物理的研究,设计并制备出多尺度铁电基异质结器件,从而实现铁电性能对器件特定性能的调控。主要内容如下:(1)结合了铁电材料体光伏效应与经典光电二极管的光电效应,制备ITO/PLZT/电极结构的铁电光伏器件。通过能带设计降低金属/PLZT界面处的肖特基接触势垒高度,使金属中的电子经光激发,入射到PLZT铁电材料中,从而提高铁电材料的光伏特性。通过采用低功函数金属可以降低此势垒高度,在本文中,低功函数Mg/PLZT/ITO结构的短路电流和开路电压分别是高功函数Pt/PLZT/ITO结构的150倍和2倍。PLZT铁电电容器的光响应波段也从紫外波段扩展到可见光波段。(2)制备了Au/铁电薄膜/半导体异质结,以P型Si为器件的衬底,在P型Si衬底上制备Au叉指电极,而后将聚偏氟乙烯(PVDF)和聚偏氟乙烯与聚叁氟乙烯(Polytrifluoroethylene,TrFE)的共聚物P(VDF-TrFE)旋涂在Si衬底上。利用半导体良好的吸光性,增强光吸收性。利用铁电薄膜的内建电场调控并改善光电流,最终获得了较大且可控的光致电流,电流密度约为63.93 mA/cm~2。把铁电光伏器件的吸收光谱从紫外光扩展到可见光。该部分的工作也验证了随着叉指电极间距增大,电压和电流能够进一步增强。尽管器件的开路电压较小,该工作依然可以为开拓新型铁电光伏器件提供一个新的思路。(3)制备了SrTiO_3/LSMO/PZT/VO_2异质结,系统深入地研究了VO_2/PZT异质结的晶体结构以及极化电场诱发的电阻调制行为。经分析计算,VO_2薄膜电阻的变化是由PZT铁电材料的压电效应引起的面内晶格变化,此变化与VO_2薄膜的c轴(a轴)的长度有关。当晶格被压缩时,VO_2薄膜的电阻会随着应力的变大而减小;当晶格被拉长时,VO_2薄膜的电阻会随着应力的变大而增大。此外,VO_2/PZT异质结可以通过在室温下施加较小的脉冲电压来实现稳定且可逆的电阻态,且响应时间较短。这些特性使其在电子开关设备中具有潜在的应用前景。(4)制备了LiTaO_3/VO_2异质结。VO_2薄膜在340 K时发生金属绝缘体转变,其电阻值变化了近四个数量级。利用高分辨率同步辐射X射线衍射(XRD)方法对VO_2薄膜的晶体结构及与衬底的外延关系进行了系统的研究:利用高分辨率XRD证实了面外(0k0)取向,Φ扫描XRD和RSM结果证实了面内外延匹配关系及3种孪晶的存在。通过沿LiTaO_3衬底厚度方向施加偏置电场来研究界面处的面内应变,表明在室温下可以通过施加不同电压来调节VO_2晶格应变,继而改变VO_2薄膜的电阻性能。同时还对比了不同的界面(PZT/VO_2,LiTaO_3/VO_2,TiO_2/VO_2,Al_2O_3/VO_2)晶格失配度对VO_2表面形貌,晶体结构和电学性质带来的影响。相信该结构在多功能微型器件中有一定的应用前景。
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[13]. ZnO/MEH-PPV异质结器件紫外电致发光的改善以及发光机理的研究[D]. 谢小漪. 北京交通大学. 2015
[14]. 硅基SnO_2异质结器件的电致发光及其增强策略的研究[D]. 蒋昊天. 浙江大学. 2014
[15]. 铁电基异质结器件的制备及其物理性能调控研究[D]. 张婧娇. 苏州大学. 2017
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