一、利用FN振荡电流估计金属-氧化物-半导体场效应管Si-SiO_2界面宽度(论文文献综述)
曲畅[1](2021)在《高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性研究》文中研究指明随着理论研究和制备工艺的发展,高功率半导体激光器(High-power Semiconductor Laser Diodes,简称为HP-LDs)以其转换效率高、体积小、重量轻、能直接调制及易与其他半导体器件集成等特点,在军事、工业加工、激光医疗、光通信、光存储等领域中得到广泛应用。近年来,随着高功率半导体激光器输出光功率的日益提高,新的有源材料不断涌现,应用领域日渐扩大,人们对其可靠性提出更高要求,这使得利用低频噪声作为高功率半导体激光器可靠性评估的方法因其便捷、无损、快速等优点备受关注。不仅如此,低频噪声作为一种普遍存在于高功率半导体激光器中的物理现象,是其内部载流子微观运动的外在表现,将内在现象和外在表现建立其联系,势必能够更好地反映其微观性质以促进HP-LDs在材料生长、芯片制备等技术的发展。然而,HP-LDs的低频噪声(主要是1/f噪声)的噪声模型仍不完善,并且相较于其他常规半导体器件,HP-LDs中存在其特有的低频1/f光噪声,同时其低频噪声现象和机制也更为复杂,蕴含着更多导致HP-LDs退化和失效以及能够指导其可靠性管理等有用信息。为了利用HP-LDs的低频噪声实现无损地表征其可靠性和器件质量的筛选,本文以高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性展开研究。从理论建模、模拟仿真、实验测试相结合的方法开展了HP-LDs噪声产生机理及特性、小注入下HP-LDs1/f噪声模型及产生机理分析、激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型以及与光子数涨落之间的量子相关性、以及HP-LDs低频噪声表征特性这四部分内容的研究。本文主要研究内容和研究成果概括如下:1.双异质结HP-LDs的1/f噪声产生机理与特性研究。以经典的朗之万(Langevin)方程为基础,展开了单异质结HP-LDs和双异质结HP-LDs中少数载流子输运机制以及其漂移过程的分析,探讨了与HP-LDs结电流噪声有关的两种机制,即少数载流子热涨落和产生-复合噪声,建立了单异质结和双异质结HP-LDs噪声等效电路模型。在此基础上,引入寄生参量和有源区参量等性能影响因素,建立了双异质结HP-LDs等效电路模型,并推导出了由接触电阻、封装引线电阻等的涨落引起的1/f噪声模型,对比了理论模型与实验结果,验证了模型的正确性并进一步分析讨论了双异质结HPLDs 1/f噪声特性及产生机理。2.小注入条件下HP-LDs 1/f噪声模型及产生机理研究。在小注入条件下,基于HP-LDs以表面复合为主要输运机制,考虑载流子简并、高能级注入以及非辐射复合等因素,理论推导了小注入下HP-LDs 1/f噪声模型,得到了小注入下其1/f噪声的形成与由缺陷、杂质、位错等因素引起的非辐射复合电流具有相似机制。利用电致发光表示非辐射电流,研究了小注入下HP-LDs在老化试验过程中表面状态、1/f噪声特性以及如P-V和I-V等电特性的变化,验证了1/f噪声能够用来表征HP-LDs表面稳定性的有效性,并为HP-LDs表面质量评估提供一定依据。3.激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型以及与光子数涨落的量子相关性。基于量子化的朗之万(Langevin)方程,建立了HP-LDs结电压1/f涨落理论模型,并探讨了其物理机制。基于激光理论中受激辐射和自发辐射等经典的量子力学过程,证明了电流驱动的HP-LDs可以抑制泵浦噪声、并在腔宽以下的频率区域产生相位最小不确定态,获得了HP-LDs产生的接近粒子数-相位最小不确定态(即振幅压缩态),由于其泵浦噪声被抑制,且具有很高的量子效率,降低了振幅噪声。理论预测了激光状态下HP-LDs来自外场的光子数涨落与结电压1/f涨落之间量子相关性的存在,并对比了二者之间的互相关系数的理论预测值和实验结果,实验结果与理论预测具有较好的一致性,验证了理论预测的正确性。4.高功率半导体激光器低频噪声表征特性研究。提出了一种用于808 nm HP-LDs可靠性表征的低频光、电噪声相关性方法,实验验证了低频光、电噪声相关性作为一种可靠性评估工具的可行性和有效性;针对传统加速老化试验对器件具有破坏性以及利用单一初测噪声作为单一筛选指标筛选结果缺乏全面性等技术问题,提出了一种结合低频噪声测量和加速老化试验的垂直腔面发射激光器(VCSEL)预筛选方法,建立了VCSEL的预筛选模型,并通过实验验证了模型的正确性;探讨了基于1/f噪声的HPLDs辐射效应退化机理和辐射损伤表征,建立了引入辐照缺陷的HP-LDs 1/f噪声表征模型,讨论了辐射对HP-LDs特性等的影响。本文针对高功率半导体激光器所建立的1/f噪声模型以及所提出的表征特性方法通过仿真分析和实验结果对比,验证了其有效性,为高功率半导体激光器可靠性无损表征和质量筛选研究提供了解决方案。
王彦皓[2](2021)在《基于新型二维半导体材料和钙钛矿材料的晶体管光电探测器件的研究》文中研究表明光电探测器在各个领域拥有广泛用途,比如测量探测、光度计量、红外热成像和遥感等方面。目前,随着光电探测器等电子器件的尺寸不断缩小,遵循摩尔定律变得越来越困难,越来越需要新型材料的替代和转型。在这种器件小型化趋势下,一些新型半导体材料,如二维材料、钙钛矿等,作为非常有潜力的半导体材料而受到广泛关注,由于其出色的电子、光电子性能和合适的物理特性,已经获得了许多创造性的进展,尤其在晶体管和光探测方面取得了不断的突破,大幅度提升了器件电学和光电性能,为光电探测器的发展提供了新的机遇。本文首先对新型二维材料和钙钛矿材料及光电子器件方面的研究进行调研总结,并选择了二维硒化铟(InSe)碎片、二维二硫化铂(PtS2)薄膜和溴化铯铅(CsPbBr3)钙钛矿薄膜材料进行了基于新型材料的光电子器件的研究,并且取得了较好的性能,提升了器件的稳定性。本文的主要内容包括:第一章对新型二维材料和钙钛矿材料及光电子器件方面的研究进行调研总结,并引出本文的主要研究内容,也对本文的创新点进行了归纳总结。第二章对实验中用的设备仪器及其在本研究中的作用进行了归纳介绍。第三章针对InSe光电探测器中发现的正光电导(PPC)和负光电导(NPC)交替现象进行了一系列的研究和分析,并通过理论和实验分析可以调控负光电效应现象。通过机械剥离转移多层InSe的方法制备了多层InSe场效应晶体管(FET)光电器件,通过改变栅压(Vgs)和源漏电压(Vds)在多层InSe FET中发现了可调谐的PPC和NPC现象,结合实验结果进行了理论分析并解释了这个现象发生的原因,众所周知,二维InSe材料因其高比表面积而对环境分子非常敏感,这导致暴露在空气中的材料和器件性能会发生变化,InSe吸附空气中的水汽和氧气在材料表面形成陷阱态是引起NPC的原因之一。然而,它可以通过表面封装来消除,使用PMMA封装器件可以避免器件发生NPC现象,实验结果证明这是一种可行的方法,由此推断,杂质吸附在InSe多层表面上的影响可能是导致PPC和NPC在InSe FET中共存的原因。基于实验和理论分析结果,用PMMA对InSe FET进行封装的方法有效地消除了 InSe光电晶体管的负光电效应管,提高了器件的稳定性。研究结果为稳定多层InSe光电子器件的制造提供了有价值的策略,所研究的NPC在InSe FET中的作用机理和消除NPC的可行方法也可适用于其他新型器件,如光电探测器、光开关、非易失性存储器等。第四章开发了一种新的具有高光电性能的CsPbBr3/HfO2/Si异质结构器件,该器件是利用原子层沉积薄氧化铪层和简单的CsPbBr3胶体滴涂层工艺制备的。与CsPbBr3/SiO2/Si器件相比,CsPbBr3/HfO2/Si异质结构器件的光电流增强幅度达到了近5个数量级,响应度R为45.05 A W-1,探测率D*为9.12 × 1010 Jones,外量子效率EQE为12445%,上升/下降时间为600 μs/300μs。经过分析,CsPbBr3/HfO2/Si异质结构光电器件性能的提高归因于CsPbBr3和Si之间通过20 nm薄HfO2层的隧穿效应。更重要的是,CsPbBr3/HfO2/Si异质结构器件的光电特性可以通过Vds和Vgs进行调制,这为不同的应用提供了灵活性。这项工作将为高性能CsPbBr3光电器件的制备提供一种新的策略,它可能扩展其它钙钛矿器件和异质结构器件的应用,如光伏、光泵浦激光器和太阳能电池。第五章通过改进的化学气相沉积法在不同衬底上制备大面积、均匀的PtS2薄膜,并在此基础上制备了用于光电探测的PtS2器件。通过对不同衬底上PtS2薄膜的表征对比,发现生长在蓝宝石上的PtS2薄膜比生长在Si/SiO2上的质量好,这也通过了 Ⅰ-Ⅴ曲线和光探测性能得到了证明。蓝宝石上的PtS2器件的探测率能达到9.17 × 109 Jones,响应度为0.31 A W-1,但光响应速度仍需进一步提高。研究结果为大规模PtS2薄膜的生长和稳定的基于PtS2的光电探测器的制备提供了有价值的策略。虽然,在不同衬底上合成PtS2薄膜的机理还需要更多的研究和实验来验证,这也将为通过CVD技术在其他衬底上生长过渡金属双卤代烃(TMDCs)并在此基础上提高器件性能提供一种可行的方法。最后对论文的研究内容进行了总结和展望。本文对新型二维材料和钙钛矿材料在光电探测器领域的研究和应用提供了有价值的理论和实验支撑。
张哲[3](2021)在《压电门控二维复合薄膜场效应晶体管的制备及电学特性》文中研究指明压电门控场效应晶体管(FET)作为一个新兴的研究领域,其基本原理主要依据压电效应、场效应和半导体材料间的耦合问题,制备材料需要兼具压电和半导体性质,可应用于微电子、传感等领域。因此,门控压电场效应晶体管就成为压电电子学较新颖的研究领域。门控压电场效应晶体管利用晶体内产生的压电电势,作用在传统场效应晶体管的栅极上,以此控制和调整源漏电极间载流子的传输特性,进而控制电流电压信号并应用于微电子及微机电设备,这在微机电系统、纳米机器人、人机接口、传感器光电转换等方面都有潜在的应用前景。AlN具有较宽的禁带宽度(6.2 eV)、良好的化学及热稳定性、其C轴还具有极好的压电特性。而SnO薄膜是一种具有双极性导电性质的薄膜,因其独特的导电性质将被应用于沟道型薄膜场效应晶体管以及CMOS器件中。ZnO是一种六方纤锌矿结构的直接带隙半导体材料,在王中林教授的推动下[1],其在压电、光电、压敏、气敏等方面都表现出优良特性。本文利用AlN薄膜的压电特性,结合SnO、ZnO半导体薄膜,制备了二维复合薄膜AlN/SnO压电门控场效应晶体管,该研究结果可为探索压电材料在微纳电子器件领域中的应用,为研究开发新一代集成电路纳电子器件提供实验基础。本论文主要研究工作如下:1、采用磁控溅射技术和高纯靶材在Si/SiO2衬底上制备了二维少层SnO薄膜,并在SnO薄膜沉积制备了AlN/SnO复合薄膜,利用XRD、EDS、SEM、Dektak台阶仪等分析仪器对薄膜形貌、成分、晶体结构及厚度进行了表征分析。2、在不同沉积条件和器件设计参数下,利用掩膜磁控溅射技术,制备了底栅型本征SnO薄膜沟道,并在其上沉积了一层AlN半导体压电薄膜,制备出了AlN/SnO压电门控场效应晶体管。利用Keithley4200-SCS半导体特性测试仪对不同器件的Ⅳ特性、输出特性、转移特性、响应时间、灵敏度等进行了测试对比分析,找出了最佳的制备条件及性能最优的AlN/SnO压电门控场效应晶体管器件。3、利用Keithley4200-SCS半导体特性测试仪分析了最佳条件下制备的压电门控器件的电学性能,结果表明本文所制备的AlN/SnO压电门控二维复合薄膜场效应晶体管具有较高灵敏度和较快的响应速度,其完全可以应用在压力传感设备上。4、为充分证明论文中所制备的压电门控二维复合薄膜场效应晶体管器件的可用性。我们还制备了n型AlN/ZnO压电门控场效应晶体管器件,并对所制备的ZnO薄膜以及AlN/ZnO复合薄膜进行晶格取向、元素分析以及表面形貌表征,利用Keithley4200-SCS半导体特性测试仪对底栅型本征ZnO薄膜场效应晶体管和AlN/ZnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性进行测试对比分析。找出了最佳的制备条件,制备出了性能最优的AlN/ZnO压电门控场效应晶体管器件,并对其电学性能进行分析研究。研究发现,无论是p型场效应晶体管器件还是n型器件,所制备的压电门控场效应晶体管都具有较高灵敏度和较快的响应速度,说明本文中所制备的器件完全可以应用在压力传感设备上,研究结果可为新一代集成电路纳电子器件提供实验基础和数据参考。
陆平[4](2021)在《微掺杂硅衬底石墨烯场效应管建模研究》文中研究表明石墨烯因其独特的电子和结构特性,近年来引起了国际上相关领域学者广泛的关注和研究。这种单原子层厚的二维平面晶体材料表现出一系列优异性能:如室温下高电子迁移率、高热导率和光学透过率、化学惰性等。随着集成电路飞速发展以及摩尔定律极限逼近,石墨烯有望开启“后硅基”时代。石墨烯场效应管是在石墨烯的基础上,将石墨烯作为沟道导电材料的一种新型场效应管器件,其结构和性能不同于传统场效应管。本文在现有石墨烯场效应管结构以及直流模型的基础上,对微掺杂硅衬底石墨烯场效应管器件进行建模研究,深入探讨微掺杂硅衬底石墨烯场效应管的工作机理以及器件的性能分析。首先,本文提出了微掺杂硅衬底石墨烯场效应管理论模型。在现有石墨烯场效应管直流模型的基础上,引入硅场效应管开启电压VTH的概念,针对微掺杂硅衬底石墨烯场效应管提出相应模型。模型通过沟道总电荷密度(石墨烯沟道与硅衬底表面)计算漏源电流,再定性了分析电极电压与沟道电荷密度分布关系,从理论上解释了硅衬底开启电压对沟道电荷的影响,建立了微掺杂硅衬底石墨烯场效应管初步理论模型。其次,本文针对提出的微掺杂硅衬底石墨烯场效应管数学模型进行实验验证和参数影响分析。参数分析环节,为方便数值计算,对模型作相应简化,利用简化后模型对微掺杂硅衬底石墨烯场效应管的本征参数影响进行了分析,包括狄拉克电压Vgs0,相对介电常数εr,接触电阻Rc,电子/空穴迁移率μe/μp。实验验证环节,对比了已有微掺杂硅衬底石墨烯结构对应的实验数据,直流数学模型数据与实验数据的对比吻合较好,也验证了提出的微掺杂硅衬底石墨烯场效应管模型的准确性。利用已有的初步模型,从理论上解释了微掺杂硅衬底石墨烯场效应管的饱和电流现象。本文最后利用微掺杂石墨烯场效应管模型分析和计算了其小信号模型。小信号模型涉及本征参数跨导gm,漏电导gds,栅源电容Cgs,栅漏电容Cgd,除了本征器件部分外,还包括源漏串联电阻Rs和Rd。在这些参量计算的基础上,给出了微掺杂硅衬底石墨烯场效应管截止频率和最大震荡频率的计算公式并分析了提高截止频率的方法。
李骏康[5](2021)在《高性能低功耗锗沟道场效应晶体管技术的研究》文中研究表明近几年,信息技术的进步极大推动了集成电路制造业的发展。采用硅(Si)作为沟道材料的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)器件是现代集成电路制造技术的基础,Si MOSFET器件性能的提升(或获得更大的工作电流)主要依赖于沟道长度的缩短。为了克服缩短沟道长度带来的短沟道效应,在摩尔定律的不断演进过程中,出现了许多改进的工艺技术,包括应变Si技术、HKMG(High-K Metal Gate)技术、FinFET技术等,它们最大程度地提高了 SiMOSFET器件的性能。目前量产级的Si MOSFET器件沟道长度已经小于20 nm,进一步减小沟道长度将变得非常困难。新型的高迁移率沟道材料能够在不缩短沟道长度的同时提高MOSFET器件的工作电流,是解决未来集成电路制造技术发展的理想方案。锗(Ge)作为与Si同族的新型半导体材料,具有比Si更高的载流子迁移率,同时兼容传统Si工艺,是非常有前景的晶体管沟道材料。本论文主要研究了 Ge MOSFET器件制备中源漏形成和栅极堆垛的新工艺技术,并探讨了 Ge沟道在隧穿场效应晶体管(Tuneling Field Effect Transistor,TFET)和铁电场效应晶体管中应用的关键问题,主要取得了以下成果:本论文基于Ge工艺提出了新源漏形成和栅极堆垛技术,实现了高性能的Ge MOSFET器件。首先,低寄生电阻、高开关比和浅结深的源漏是获得高性能MOSFET器件的必要条件,而由于Ge中掺杂离子的固溶度相比Si更低,同时掺杂离子的热扩散系数较大,传统工艺很难获得高效的Ge基源漏结:(1)本论文结合旋涂掺杂和激光退火技术,形成了具有高掺杂浓度的超浅结深p-n结,实验表明,结表面掺杂浓度是传统热退火样品的1.5倍,同时结深只有热退火样品的1/3(~20nm),其p+/n结和n+/p结的开关比、开态电流都得到了提升,关态电流也得到了抑制;(2)本论文利用微波退火技术,实现了低阻态和高势垒的NiGe/n-Ge肖特基结,其开关比接近离子注入的p-n结,利用NiGe/n-Ge肖特基结,进一步制备了高性能的GepMOSFET器件,其源漏寄生电阻仅为传统离子注入器件的1/5,同时有效得抑制了结漏电。同时,由于Ge表面及其氧化物的不稳定性,制备高质量Ge MOS结构(包括栅氧/Ge界面和栅氧本身)也是获得高性能Ge MOSFET器件的关键:(1)在Ge MOS界面钝化方面,本论文提出利用原位臭氧后氧化处理技术,提高了 Ge氧化物的稳定性,改善了 Ge MOS界面质量,获得了小等效氧化层厚度(Equivalent Oxide Thickness,EOT)和高迁移率的 GepMOSFET 器件;(2)本论文创新性地提出具有双层MoS2/Ge量子阱结构的Ge MOSFET器件,利用双层MoS2和Ge的能带在价带和导带处的势垒差,能够在p型和n型Ge MOSFET器件中同时形成量子阱沟道,从而减少由于栅氧/Ge界面质量差引起的载流子散射,提高载流子迁移率,使Ge MOSFET器件的开态电流提升了 一倍。新输运机制的TFET器件是实现低功耗集成电路的有效解决方案,本论文研究了影响Ge TFET器件性能最重要的部分—源漏隧穿结。源漏隧穿结的掺杂浓度梯度决定了 TFET器件的亚阈值摆幅(Subthreshold Swing,SS)和开态隧穿电流。本论文采用杂质分凝技术,获得了高肖特基势垒的NiGe肖特基结源漏,并通过低温和快速测试表明,NiGe肖特基结的界面缺陷会严重影响Ge TFET器件的性能。进一步地,本论文定量表征了 NiGe肖特基结的界面缺陷,并研究了结界面缺陷对Ge基传统MOSFET器件和TFET器件电学性能的影响。本论文提出利用低温电导法,改进了电路和数学模型,定量表征了 NiGe肖特基结的界面缺陷。研究表明,减少NiGe肖特基结的界面缺陷,可以有效抑制缺陷辅助的隧穿电流,改善Ge MOSFET器件的关态特性和Ge TFET器件的亚阈值特性。最近,具有铁电/绝缘层(Ferroelectric/dielectric,FE/DE)栅叠层结构的Ge MOSFET器件在FE-FET存储器和负电容场效应晶体管(NC-FET)中的应用被大量报道,本论文研究了铁电MOS结构中FE/DE界面缺陷对Ge FE-FET存储器和Ge NC-FET器件的重要影响。为了排除MOS结构中其他界面缺陷的影响,本论文采用金属/铁电/绝缘层/金属(MFIM)结构的简单电容器件,利用快速脉冲测试系统表征了 MFIM的瞬态电荷响应,从实验上证明了 FE/DE界面缺陷的存在和漏电辅助铁电极化机制(Leakage-current-assist ferroelectric polarization switching)的有效性,并定量表征了参与铁电极化的FE/DE界面缺陷密度。同时,本论文还创新性地提出利用电导法定量表征不同极化状态下的FE/DE界面缺陷密度。研究发现,FE/DE界面的缺陷密度为1014 cm-2,也就是说,FE/DE的极化主要由FE/DE界面缺陷来响应。这表明,在以FE/DE为栅叠层的Ge MOSFET器件中,铁电极化没有提高器件的载流子浓度,负电容效应有待商榷。同时,由于FE/DE界面缺陷响应了大部分铁电极化电荷,Ge FE-FET存储器的存储窗口会变小,可靠性会降低。
闭家熇[6](2020)在《基于BP/InGaZnO异质结的隧穿晶体管与结型晶体管的研究》文中研究说明现代移动设备与物联网技术发展迅猛,为了制造高分辨率、低功耗、轻薄及低成本的显示器件,金属绝缘半导体场效应晶体管正处于尺寸不断缩放,性能不断提升的过程。然而,在优化晶体管性能的时候却受到电源电压不合理缩放以及复杂的介电工程的限制。在这里,为了能够继续进一步缩放晶体管尺寸及提升其性能,我们设计并制造了基于垂直堆砌的黑磷(BP)/铟镓锌氧(InGaZnO)范德华异质结的隧穿场效应晶体管(TFET)和结型场效应晶体管(JFET)。通过改变BP的厚度,BP/InGaZnO异质结可分别切换为正向整流二极管、齐纳二极管和反向整流二极管。在厚-BP/InGaZnO异质结中,可获得室温下波峰比为2.13、隧穿电流密度为160 m A/mm2的负微分电阻现象。在此基础上,实现了亚阈值摆幅(SS)达到11 m V/dec的InGaZnO TFET。此外,基于薄-BP/InGaZnO异质结构成的InGaZnO JFET表现出良好的晶体管性能,其开/关比超过105,迁移率为23.5cm2/V·s,SS为83 m V/dec以及几乎可以忽略的电学回滞。BP/InGaZnO异质结可能是迄今为止实现非晶金属氧化物半导体TFET和JFET的唯一器件结构,这为进一步的薄膜晶体管技术提供了十分有前景的途径。本论文的主要研究内容如下:首先,我们通过第一性计算原理研究BP与InGaZnO的能带,初步判断电子在异质结中隧穿的几率。同时,研究BP与InGaZnO的晶体管电学特性以及表征两种材料和异质结的特性。为判断电子在BP/InGaZnO异质结隧穿的可能性,我们分别研究了不同厚度下的BP与InGaZnO的垂直异质结二极管特性。从分析结果中,发现了厚-BP/InGaZnO异质结存在电子隧穿现象。其次,我们在将厚BP与InGaZnO组成的异质结应用于TFET的研究中,成功从研发的器件中观察到负微分电阻现象,以及突破了热离子激发的限制,SS达到了11 m V/dec。最后,我们将薄BP与InGaZnO的异质结应用到JFET中。从研发结果中得知,基于薄-BP/InGaZnO异质结的JFET拥有良好的晶体管性能。
董安华[7](2020)在《多类半导体结构中的光电效应研究》文中研究表明随着人类社会的不断进步,科学技术正在以难以预料的速度蓬勃地向前推进着。在众多科学探索之中,光电效应因其独特、高效和普适的性能表现被广泛研究。时至今日,繁多种类的光电效应已经被应用于探测传感、工业发电、微电子器件、航空航天、化学化工产业以及生物医疗器械等众多领域中。对于光电效应的研究来说,新型材料和结构的出现与其迅速发展密不可分。其中,纳米材料作为后起之秀拥有相当多的优势,在光电效应的应用中体现出重要价值和巨大潜力,而这之中半导体材料被视为对光电效应乃至人类社会最为重要的关键分支之一,它作为光电子领域发展的基石,紧密牵连着科技在民用、工业和军用领域的发展。本文以部分半导体材料为基底,重点讨论了其与新型材料、新型结构组合时光电性能的变化,对材料的特性做了详细的研究,也对不同结构中载流子的产生、分离和迁移机制进行了分析。具体的研究内容概述如下:1、研究并利用了二硫化钼和二氧化铪材料的电学、光学特性,设计了具有光控阻变特性的新型复合结构(Mo S2/Hf O2/p-Si)。阻变效应的应用被视为未来新型存储器件的重要发展方向之一。确保阻变器件拥有优异的效能以及维持稳定的工作状态是领域内的研究重点。本文中复合结构的阻变特性对光非常敏感并且具有良好的稳定性。开关比在光照下显着提升,且可以受光照位置精确调节。这种特性要归因于二硫化钼材料在氧化层上特殊的横向生长模式,这和在硅基底上垂直生长的二硫化钼有很大的不同。当受光照时,这层横向生长的二硫化钼引导了光生载流子的运输,既减少了载流子在运输中的损耗,又扩大了光电探测的范围。同时,进入电路循环后的载流子集中在二硫化钼层的底部,最大化利用了二硫化钼层中由硫空位迁移形成的导电细丝,大大增强了阻变特性。本文对效应中的物理机制做了详细的解释,为将来新型存储器件的研发提供了理论基础。2、研究了硅基氧化物半导体中界面态机制在侧向光伏效应和光致隧穿效应中起到的作用。与传统的肖特基结或PN结器件不同,界面态机制归因于硅基材料界面处的缺陷,它会在界面处引起一个内建电场,且受掺杂类型和浓度的影响很大。文中通过详细的实验,验证了界面态机制可以帮助光生载流子更加高效的产生和分离,在侧向光伏效应中有助于提升光电压的输出,在位置传感探测中能协助载流子的运输。文章还分析了这种简单的硅基氧化物结构在光电探测中应用的可行性,这有助于实现成本低廉、响应优秀的光电传感。3、研究了紫外探测领域内的重要材料SiC。由于具有优秀的力学、光学和电学性能,SiC在光电子学器件中得到了广泛的应用。本文设计了一种基于碳/SiC场效应管结构的位置灵敏光电探测器。这种结构在保留SiC材料耐高温、对紫外敏感等特性的基础上,通过引入碳纳米薄膜适度增强了表面导电性,降低了响应时间。又通过构造的特殊表面结构引起共振吸收增强,让结构的光电流探测性能大幅提高。与之前的报道相比,本文中的结构实现了更高的光电流增益和光电探测增益,更快的时间响应以及更广阔的探测范围。相信这样的研究结果有助于碳化硅在光探测中的应用。另外,本人还有一篇综述文章,内容是介绍在MOS结构中的侧向光伏效应和光致电阻效应,文章详细整理了结构组成部分对各效应的影响。
杨婷婷[8](2019)在《SiC MOSFET与SiC JFET的短路失效模型及其短路失效机理研究》文中提出纵观近年来科技的突破,功率半导体器件的研究与运用在不断地提升,其应用领域不断地扩展。Si材料具有良好的导电特性,是半导体行业中器件发展的萌芽,开启了电子工业领域应用的开端。但是,高功率电子应用领域中,SiC功率器件犹如雨后春笋,已经显示出优于传统的Si器件的优势。在所有SiC器件中,SiC MOSFET和SiC JFET成为了最优的选择。为了更好地使用碳化硅器件产品,建立一个精准的、能准确反映两种器件在短路故障下的失效模型并用来分析其短路失效机理显得尤其关键。本文简要介绍了SiC MOSFET和SiC JFET的基本理论,着重探讨了二者的短路失效模型构建的基础理论,并对其进行验证。基于Matlab/Simulink的仿真集成环境,构建两种器件更加精确的沟道迁移率退化机制模块,SiC MOSFET模型将反映SiC/SiO2氧化层特性的迁移率代替传统MOSFET的常数迁移率;同理,SiC JFET考虑了与温度和电场有关的迁移率代替传统JFET的常数迁移率。对于SiC MOSFET含有栅极氧化物造成不稳定的问题,额外加入了栅极泄漏电流;两种器件在高电流应力下沟道均会产生泄漏电流,在漏源极两端引入了包含三种电流成分的反偏PN结泄漏电流。将MOSFET和JFET的短路失效模型输出数据与实验数据和文献的测得数据进行对比,结果有力地证明了所建立的短路失效模型具有很好的准确性。在短路条件下,利用Matlab/Simulink仿真软件对失效电流的分析来研究器件的短路失效机理;针对SiC MOSFET和SiC JFET的内部失效机理,利用TCAD半导体器件仿真软件分析了SiC MOSFET和SiC JFET器件内部电流密度分布和流向趋势等物理特性,并对比了两者失效临界能量和耐受时间,结果表明SiC JFET较SiC MOSFET具有更好的短路鲁棒性。为了进一步探究SiC MOSFET的短路失效机理,在SiC MOSFET短路失效模型的基础上,通过TCAD仿真软件建立了Si MOSFET短路失效的数值模型,利用实验数据对比了SiC MOSFET和Si MOSFET的短路失效机理,并对其失效原因进行剖析,结果表明SiC MOSFET的失效主要是器件温度过高导致金属电极的熔化以及栅极氧化层的损坏,而Si MOSFET的短路失效,则是由于其结构中的寄生BJT的导通而引起的泄漏电流致使器件损坏。文章最后在短路失效条件下,以所建立的SiC MOSFET短路失效模型为基础,分析讨论了SiC/SiO2界面态电荷及栅极电阻对SiC MOSFET短路电流的影响,进而讨论了对器件失效时间的影响,结果表明较大的栅极电阻和较高的界面态电荷可以延缓SiC MOSFET的短路失效。
闭吕庆,戴松松,吴阳冰,郭东辉[9](2018)在《石墨烯场效应管及其在太赫兹技术中的应用》文中研究指明石墨烯是单原子厚度的二维碳同素异形体材料,因其出色的电学、热学、光学及力学特性而被广泛应用于生物检测、医学、新能源、微电子、射频电路等领域。正是凭借着石墨烯独一无二的材料特性,石墨烯基场效应管(GFETs)比传统的硅基晶体管具有更高的迁移率、微缩空间及特征频率。此外,石墨烯零带隙的对称圆锥形能带结构,以及在受外部激发下形成的负电导率特性(太赫兹频段),使得GFETs能广泛应用于太赫兹功能器件中,也为实现太赫兹技术商业化提供了一种兼容当前半导体产业技术的低成本选择。针对硅基晶体管发展面临的尺度瓶颈,本文综述了GFETs器件的基本结构、射频/太赫兹领域的主要特性以及制备工艺,并举例说明了其在太赫兹技术领域的最新应用。
冯煊[10](2018)在《应用于纳米器件中高介电常数介质薄膜的可靠性研究》文中进行了进一步梳理作为已经持续了数十年的信息技术革命的主要驱动力之一,集成电路元器件的尺寸缩小不断地为我们带来速度更快、能耗更小、成本更低的工业与消费电子产品。由于栅极介质厚度已经逼近物理与技术极限,人们普遍预测摩尔定律将在数年内失效,“超越摩尔(More than Moore)”将主导未来的技术路线。然而,无论未来发展会是“更多摩尔(More Moore)”,还是“超越摩尔”,快闪存储技术都将是继续提高片上器件密度(“更多摩尔”),以及开发各类专用芯片(“超越摩尔”)的关键元素之一。由于三维结构中更高的容量、更小的尺寸,以及更严重的散热问题,在闪存技术的发展方向——GB级别的3D-NAND结构中,栅极介质的可靠性问题也更为突出。基于这些原因,本工作主要研究了 MOS器件和纳米晶浮栅存储器件中栅极介质的可靠性,探索在应力下的缺陷产生、聚合,介质恢复、击穿的过程及其统计学本质,并提出了相应的物理模型。本研究工作的主要内容和成果如下:(1)高介电常数薄膜的漏电流特性:研究证明HfO2在外加电场由低到高的情况下依次受到缺陷填充、欧姆电导、P-F发射、FN隧穿的主导。为了进一步抑制漏电流的产生,我们制备并对La2O3/CeO2堆叠结构的漏电流特性进行了研究。低电场下这种堆叠结构漏电流受热电子发射主导,高电场下主导机制为P-F发射。高电场下未观察到明显的FN隧穿电流。研究结果表明,CeO2钝化的氧空穴有可能在高温下、热平衡改变的情况下被重新激发。因此尽管CeO2优化了 La2O3介质的性能,但同时带来的问题在未来应用中也不可忽视。(2)高介电常数薄膜的击穿和恢复特性:研究了高介电常数介质恢复对于介质击穿分布的影响。发现恢复之后的栅极介质在应力下产生的缺陷的聚合效应更加明显。从统计学角度观察了介质击穿-恢复次数对于击穿电压的影响,证明了介质恢复的“程度”越高,下一次硬击穿所需的电压越大。(3)基于高介电常数栅极薄膜的纳米晶存储结构的可靠性:通过RTN信号研究了纳米晶存储器件栅极的缺陷特性。由于纳米晶引起的高介电常数介质中的电场分布不均匀,导致应力下产生的缺陷在纳米晶附近聚合。这些缺陷的电荷发射、俘获活化能很小,在未来对纳米晶存储器件的研究中,需要引起注意。同时,研究了工艺条件对纳米晶器件特性的影响。此外,对纳米晶存储器件的电荷输运机理和击穿特性的研究则表明,器件的漏电流主导机制从P-F发射向FN隧穿的转变电压相比未引入纳米晶浮栅的器件明显升高;缺陷聚合模型可以更好地描述电场非均匀分布的介质的击穿特性;击穿更容易发生在纳米晶正上方与纳米晶之间。这些研究结果,揭示了在高介电常数薄膜以及相关的MOS和存储结构中,电荷输运、缺陷产生、介质击穿和恢复的物理本质,对于未来CMOS和存储器件的可靠性改善、工艺优化与性能提升有很重要的意义。
二、利用FN振荡电流估计金属-氧化物-半导体场效应管Si-SiO_2界面宽度(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、利用FN振荡电流估计金属-氧化物-半导体场效应管Si-SiO_2界面宽度(论文提纲范文)
(1)高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景及研究的目的和意义 |
1.1.1 激光与高功率半导体激光器 |
1.1.2 低频噪声及其应用 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 半导体器件低频噪声研究现状 |
1.2.2 半导体激光器低频噪声研究现状 |
1.3 论文的主要内容 |
1.3.1 论文研究思路 |
1.3.2 论文结构安排 |
第2章 高功率半导体激光器的噪声理论基础 |
2.1 噪声的统计特性 |
2.2 白噪声 |
2.2.1 热噪声 |
2.2.2 散粒噪声 |
2.3 高功率半导体激光器中的低频噪声及其特性 |
2.3.1 1/f噪声 |
2.3.2 G-R噪声 |
2.4 高功率半导体激光器的电噪声特性 |
2.5 高功率半导体激光器的光噪声特性 |
2.6 高功率半导体激光器低频噪声测量系统 |
2.6.1 低频噪声测量方法概述 |
2.6.2 HP-LDs低频光、电噪声测量系统 |
2.7 本章小结 |
第3章 高功率半导体激光器噪声产生机理及特性研究 |
3.1 单异质结HP-LDs噪声等效电路模型 |
3.1.1 I-V特性 |
3.1.2 少数载流子的热涨落 |
3.1.3 产生-复合噪声 |
3.1.4 噪声等效电路模型建立 |
3.2 双异质结HP-LDs噪声等效电路模型 |
3.2.1 I-V特性 |
3.2.2 产生-复合噪声 |
3.2.3 噪声等效电路模型建立 |
3.3 双异质结高功率半导体激光器1/f噪声特性分析 |
3.3.1 双异质结HP-LDs1/f噪声模型建立 |
3.3.2 实验结果分析与1/f噪声特性分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 小注入下HP-LDs1/f噪声模型及产生机理研究 |
4.1 小注入下HP-LDs1/f噪声模型构建 |
4.1.1 HP-LDs中载流子的统计分布 |
4.1.2 非辐射复合电流形成机理 |
4.1.3 1/f噪声模型 |
4.2 小注入下HP-LDs1/f噪声特性分析与讨论 |
4.2.1 980 nm In Ga As/Ga As HP-LDs外延层结构 |
4.2.2 1/f噪声特性分析及讨论 |
4.3 小注入下HP-LDs1/f噪声产生机理及应用 |
4.3.1 利用电致发光表示非辐射复合电流 |
4.3.2 小注入下经老化试验后的HP-LDs1/f噪声特性讨论 |
4.3.3 小注入下1/f噪声表征HP-LDs表面稳定性 |
4.4 本章小结 |
第5章 激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型以及与光子数涨落的量子相关性研究 |
5.1 激光的半经典理论基础 |
5.2 激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型构建 |
5.2.1 量子化朗之万(Langevin)方程 |
5.2.2 结电压1/f涨落模型 |
5.2.3 模型验证与讨论 |
5.3 光子数涨落与结电压1/f涨落之间的量子相关性研究 |
5.3.1 量子相关性理论推导 |
5.3.2 实验验证与讨论 |
5.4 本章小结 |
第6章 高功率半导体激光器低频噪声表征特性研究 |
6.1 基于低频光、电噪声相关性的808 nm HP-LDs可靠性表征方法研究 |
6.1.1 808 nm HP-LDs外延层结构 |
6.1.2 经出厂寿命测试的808 nm HP-LDs低频光、电噪声特性分析 |
6.1.3 性能退化的808 nm LDs低频光、电噪声相关性及可靠性分析 |
6.2 基于低频噪声与加速老化试验相结合的VCSEL预筛选方法研究 |
6.2.1 VCSEL器件低频噪声测量 |
6.2.2 VCSEL预筛选判据模型构建 |
6.2.3 预筛选结果讨论及方法优势分析 |
6.3 基于1/f噪声的HP-LDs辐射效应退化机理及辐射损伤表征研究 |
6.3.1 引入辐照缺陷的HP-LDs 1/f噪声模型构建 |
6.3.2 实验验证及结果讨论 |
6.4 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 论文工作总结 |
7.2 论文创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
致谢 |
(2)基于新型二维半导体材料和钙钛矿材料的晶体管光电探测器件的研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
主要名词缩写 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 新型半导体材料光电探测器 |
1.2.1 二维材料及其光电子器件的研究进展 |
1.2.2 钙钛矿材料及其光电子器件的研究进展 |
1.3 本文的研究内容、创新性与意义 |
第二章 实验所用仪器设备 |
2.1 二维材料的生长 |
2.1.1 电子束蒸发镀膜仪 |
2.1.2 CVD管式炉 |
2.2 器件的制备 |
2.2.1 超声波清洗机 |
2.2.2 偏光显微镜 |
2.2.3 退火炉 |
2.2.4 匀胶机和烘干台 |
2.3 材料表征 |
2.3.1 拉曼光谱仪 |
2.3.2 原子力显微镜 |
2.3.3 扫描电子显微镜 |
2.3.4 台阶仪 |
2.4 电学和光电性能测试 |
2.4.1 探针台、源表 |
2.4.2 激光器、衰减玻片 |
第三章 高性能多层InSe晶体管光电探测器的研究 |
3.1 引言 |
3.2 材料与方法 |
3.2.1 实验方案设计 |
3.2.2 InSe FET的制备 |
3.2.3 器件性能的测量 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 InSe器件的材料表征 |
3.3.2 未封装的InSe器件的电学特性 |
3.3.3 未封装的InSe器件的光电特性 |
3.3.4 正负光电效应的理论分析 |
3.3.5 通过封装消除InSe FET的负光电效应 |
3.3.6 InSe FET光探测性能 |
3.4 小结 |
第四章 隧穿效应增强CsPbBr_3/HfO_2/Si异质结光电子器件的研究 |
4.1 引言 |
4.2 钙钛矿材料和器件的制备与方法 |
4.2.1 钙钛矿材料制备及其表征 |
4.2.2 基于钙钛矿异质结光电探测器的制备 |
4.2.3 器件性能的测量 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 材料和器件表征 |
4.3.2 CsPbBr_3/HfO_2/Si器件的电学特性 |
4.3.3 CsPbBr_3/HfO_2/Si器件的光电特性 |
4.3.4 CsPbBr_3/SiO_2/Si器件的电学和光电特性 |
4.3.5 两种结构的CsPbBr_3器件光电性能的对比 |
4.3.6 光电性能增强的理论解释 |
4.4 小结 |
第五章 PtS_2材料生长及其光电探测器性能的研究 |
5.1 引言 |
5.2 材料与方法 |
5.2.1 实验方案设计 |
5.2.2 基于PtS_2的器件的制备 |
5.2.3 PtS_2光电探测器性能的测量 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 材料和器件表征 |
5.3.2 PtS_2器件的电学和光电特性 |
5.3.3 PtS_2器件在不同衬底上的光电特性的对比 |
5.3.4 光电性能不同的理论解释 |
5.4 小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要的研究结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间的科研成果 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(3)压电门控二维复合薄膜场效应晶体管的制备及电学特性(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 压电电子学 |
1.1.1 压电效应 |
1.1.2 压电电子学的创立 |
1.1.3 压电电子学的发展历程 |
1.1.4 压电电子学的应用前景 |
1.2 新型压电材料概述 |
1.2.1 AlN材料基本性质与结构 |
1.2.2 AlN材料的研究进展 |
1.2.3 AlN材料的应用前景 |
1.3 新型二维半导体薄膜材料概述 |
1.3.1 二维SnO半导体材料的基本结构 |
1.3.2 二维SnO半导体材料的特性 |
1.3.3 二维SnO半导体材料研究进程 |
1.3.4 二维SnO半导体材料的应用前景 |
1.4 二维ZnO半导体材料的概述 |
1.4.1 ZnO半导体材料的性质及结构 |
1.4.2 ZnO半导体材料的研究进程 |
1.4.3 ZnO半导体材料的应用前景 |
1.5 本论文的研究内容及创新点 |
1.5.1 本论文的研究内容 |
1.5.2 本论文的创新点 |
2 二维本征SnO及 AlN/SnO复合薄膜制备与特性研究 |
2.1 二维本征SnO及 AlN/SnO复合薄膜的制备 |
2.2 二维本征SnO及 AlN/SnO复合薄膜样品的测试分析 |
2.2.1 本征SnO薄膜及AlN/SnO复合薄膜样品XRD表征分析 |
2.2.2 本征SnO薄膜及AlN/SnO复合薄膜表面形貌SEM分析 |
2.2.3 薄膜EDS能谱分析 |
2.2.4 薄膜厚度测试 |
2.2.5 SnO薄膜和AlN薄膜电导率的对比研究 |
2.3 本章小结 |
3 AlN/SnO压电门控场效应晶体管的制备及特性研究 |
3.1 压电门控场效应晶体管结构及特性描述 |
3.1.1 压电门控场效应晶体管的结构 |
3.1.2 压电门控场效应晶体管的基本工作原理 |
3.2 AlN/SnO压电门控场效应晶体管的制备 |
3.3 AlN/SnO压电门控场效应管的Ⅳ特性曲线研究 |
3.3.1 不同沟道宽度AlN/SnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性研究 |
3.3.2 不同沉积时间AlN/SnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性研究 |
3.3.3 不同溅射功率AlN/SnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性研究 |
3.3.4 不同栅压下AlN/SnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性研究 |
3.3.5 不同退火温度AlN/SnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性研究 |
3.4 AlN/SnO压电门控场效应晶体管的电学特性研究 |
3.5 本章小结 |
4 二维本征ZnO薄膜及AlN/ZnO复合薄膜制备与特性研究 |
4.1 二维本征ZnO薄膜及AlN/ZnO复合薄膜的制备 |
4.2 二维ZnO薄膜及AlN/ZnO复合薄膜样品的测试分析 |
4.2.1 ZnO薄膜及AlN/ZnO复合薄膜样品XRD表征分析 |
4.2.2 ZnO薄膜及AlN/ZnO复合薄膜表面形貌SEM分析 |
4.2.3 薄膜EDS能谱分析 |
4.2.4 薄膜厚度及电导率测试对比分析 |
4.3 本章小结 |
5 AlN/ZnO压电门控场效应晶体管的制备及特性研究 |
5.1 AlN/ZnO压电门控场效应晶体管的制备 |
5.2 AlN/ZnO压电门控场效应管的Ⅳ特性曲线研究 |
5.2.1 不同沟道宽度AlN/ZnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性研究 |
5.2.2 不同沉积时间AlN/ZnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性研究 |
5.2.3 不同栅压下AlN/ZnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性研究 |
5.2.4 不同溅射功率AlN/ZnO压电门控场效应晶体管的Ⅳ特性研究 |
5.3 AlN/ZnO压电门控场效应晶体管的电学特性研究 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(4)微掺杂硅衬底石墨烯场效应管建模研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究工作的背景与意义 |
1.2 国内外发展现状 |
1.2.1 石墨烯 |
1.2.2 石墨烯场效应管 |
1.2.3 石墨烯场效应管模型研究现状 |
1.3 本论文的结构安排 |
第二章 石墨烯场效应管与硅场效应管建模理论基础 |
2.1 石墨烯场效应管的结构与原理 |
2.1.1 石墨烯场效应管结构 |
2.1.2 石墨烯场效应管原理 |
2.2 硅场效应管的结构与原理 |
2.3 石墨烯场效应管主要建模方法 |
2.3.1 薄层电荷模型 |
2.3.2 玻尔兹曼方程 |
2.3.3 扩散漂移载流子输运 |
2.3.4 态密度 |
2.4 本章小结 |
第三章 微掺杂硅衬底石墨烯场效应管模型理论分析 |
3.1 石墨烯场效应管扩散漂移传输模型 |
3.2 石墨烯场效应管重要参量 |
3.2.1 石墨烯电荷密度 |
3.2.2 量子电容 |
3.2.3 饱和速度 |
3.3 微掺杂硅衬底石墨烯场效应管总电荷密度 |
3.3.1 沟道总电荷密度 |
3.3.2 硅衬底开启电压 |
3.4 模型适用条件 |
3.5 本章小结 |
第四章 微掺杂硅衬底石墨烯场效应管模型应用 |
4.1 模型数值计算方法 |
4.1.1 电流模型计算 |
4.1.2 接触电阻模型 |
4.1.3 模型主要参数 |
4.2 沟道电荷密度计算 |
4.3 主要参数对模型影响 |
4.3.1 接触电阻 |
4.3.2 相对介电常数 |
4.3.3 狄拉克电压 |
4.3.4 电子/空穴迁移率 |
4.3.5 数值计算参数N |
4.4 模型与实验结果对比 |
4.5 饱和电流现象及原理 |
4.6 本章小结 |
第五章 GoSFET小信号模型分析 |
5.1 小信号模型等效电路 |
5.2 模型本征参数计算 |
5.2.1 跨导和漏电导 |
5.2.2 栅漏电容和栅源电容 |
5.3 电荷和电容模型 |
5.3.1 电荷模型 |
5.3.2 电容模型 |
5.4 截止频率和最高振荡频率 |
5.5 本章小结 |
第六章 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
(5)高性能低功耗锗沟道场效应晶体管技术的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 传统集成电路制造技术的发展与挑战 |
1.1.1.应变Si技术 |
1.1.2. HKMG技术 |
1.1.3. SOI技术 |
1.1.4. FinFET技术 |
1.2 新型高迁移率Ge沟道场效应晶体管 |
1.2.1 Ge沟道场效应晶体管的源漏问题 |
1.2.2 Ge沟道场效应晶体管的MOS界面 |
1.2.3 应变Ge沟道场效应晶体管 |
1.3 新物理机制的Ge沟道场效应晶体管 |
1.3.1 Ge沟道隧穿场效应晶体管 |
1.3.2 Ge沟道铁电场效应晶体管 |
1.4 论文的主要工作和内容安排 |
参考文献 |
第二章 高性能Ge沟道场效应晶体管的新源漏形成技术 |
2.1 引言 |
2.2 结合旋涂掺杂和激光退火的超浅结深p-n结 |
2.2.1 旋涂掺杂和激光退火制备p-n结 |
2.2.2 Ge基p-n结的掺杂浓度分布模拟 |
2.2.3 结表面掺杂浓度和结深的表征 |
2.2.4 Ge基p+/n和n+/p结的电学性能 |
2.3 利用微波退火的高势垒低电阻NiGe/n-Ge肖特基结 |
2.3.1 微波退火制备NiGe/n-Ge肖特基结和NiGe源漏的Ge pMOSFET器件 |
2.3.2 不同微波退火条件和NiGe厚度的关系 |
2.3.3 不同微波退火条件下NiGe/n-Ge肖特基结的特性 |
2.3.4 微波退火对NiGe/n-Ge肖特基结势垒高度的影响 |
2.3.5 微波退火对NiGe/n-Ge肖特基结电阻的影响 |
2.3.6 微波退火的NiGe/n-Ge肖特基结对Ge pMOSFET器件的影响 |
2.4 本章小结 |
参考文献 |
第三章 高性能Ge沟道场效应晶体管的新栅极堆垛技术 |
3.1 引言 |
3.2 臭氧后氧化的HfO_2/AlO_x/GeO/Ge栅叠层 |
3.2.1 臭氧后氧化的HfO_2/AlO_x/GeO_x/Ge MOS工艺 |
3.2.2 HfO_2/AlO_x/GeO_x/Ge MOS的界面特性 |
3.2.3 HfO_2/AlO_x/GeO_x/Ge MOS的绝缘特性 |
3.2.4 臭氧后氧化的HfO_2/AlO_x/GeO_x/Ge pMO SFET器件 |
3.3 新型的双层MoS_2/Ge量子阱结构Ge MOS |
3.3.1 双层MoS_2/Ge MOSFET器件的制备 |
3.3.2 双层MoS_2/Ge量子阱结构Ge MOS的表征 |
3.3.3 双层MoS_2/Ge MOSFET器件的电学特性 |
3.3.4 双层MoS_2/Ge MOSFET器件的可靠性 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 基于NiGe肖特基结的低功耗Ge沟道隧穿场效应晶体管 |
4.1 引言 |
4.2 利用杂质分凝的NiGe肖特基结制备Ge基隧穿场效应晶体管 |
4.2.1 杂质分凝的NiGe肖特基结的制备和表征 |
4.2.2 杂质分凝的Ge基隧穿场效应晶体管的制备 |
4.3 p型和n型Ge基隧穿场效应晶体管的电学性能 |
4.3.1 Ge基隧穿场效应晶体管的常规电学特性 |
4.3.2 Ge基隧穿场效应晶体管的低温电学特性 |
4.3.3 Ge基隧穿场效应晶体管的脉冲响应 |
4.3.4 Ge基隧穿场效应晶体管的性能比较 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第五章 NiGe肖特基结的界面缺陷对Ge沟道场效应晶体管的影响 |
5.1 引言 |
5.2 NiGe肖特基结及对应场效应晶体管的制备 |
5.3 NiGe肖特基结界面缺陷的表征方法及建模 |
5.4 利用低温电导法表征NiGe肖特基结的界面缺陷 |
5.4.1 结界面缺陷密度谱和时间常数谱的计算 |
5.4.2 不同肖特基结的界面缺陷特性比较 |
5.5 NiGe肖特基结的界面缺陷在晶体管中的重要意义 |
5.5.1 结界面缺陷对Ge MOSFET器件的影响 |
5.5.2 结界面缺陷对Ge TFET器件的影响 |
5.6 本章小结 |
参考文献 |
第六章 铁电/绝缘层界面缺陷对Ge沟道铁电场效应晶体管的影响 |
6.1 引言 |
6.2 铁电/绝缘层结构电容的制备 |
6.3 铁电/绝缘层结构电容的电流响应 |
6.3.1 电流响应的物理机制 |
6.3.2 电流响应的存储特性 |
6.4 铁电/绝缘层结构电容的响应速度 |
6.4.1 测试系统示意图及测试波形 |
6.4.2 绝缘层厚度对铁电极化的影响 |
6.5 铁电/绝缘层界面缺陷的脉冲响应 |
6.5.1 测试系统示意图及测试波形 |
6.5.2 铁电极化电荷的瞬态响应 |
6.5.3 非铁电极化电荷的瞬态响应 |
6.5.4 改进的漏电辅助铁电极化模型 |
6.6 铁电/绝缘层界面缺陷的稳态响应 |
6.6.1 P-V和C-V的频率和温度响应 |
6.6.2 电导法表征铁电/绝缘层界面缺陷的电路和数学模型 |
6.6.3 铁电/绝缘层界面缺陷的表征 |
6.6.4 铁电/绝缘层界面缺陷的低温特性 |
6.7 本章小结 |
参考文献 |
第七章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
博士研究生期间研究成果 |
期刊论文 |
会议论文 |
(6)基于BP/InGaZnO异质结的隧穿晶体管与结型晶体管的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 MISFET |
1.2.1 MISFET的发展背景 |
1.2.2 MISFET的工作原理 |
1.2.3 MISFET的电学特性 |
1.3 黑磷 |
1.3.1 二维材料 |
1.3.2 BP的结构与性质 |
1.4 氧化物半导体材料 |
1.4.1 金属氧化物的材料特性 |
1.4.2 InGaZnO的结构 |
1.4.3 金属氧化物半导体材料中的载流子传输机制 |
1.5 本论文的研究意义及相关内容 |
1.6 本论文的结构安排 |
第2章 器件的制备及表征 |
2.1 引言 |
2.2 机械剥离法 |
2.3 电子束曝光 |
2.3.1 电子束抗蚀剂 |
2.3.2 影响抗蚀剂图形质量的重要参数 |
2.4 磁控溅射 |
2.5 真空热蒸发 |
2.6 原子层沉积 |
2.7 原子力显微镜 |
2.8 拉曼光谱分析仪 |
2.9 二维材料的转移方法 |
2.10 本章小结 |
第3章 垂直堆砌的BP/InGaZnO异质结二极管 |
3.1 范德华异质结 |
3.1.1 pn结 |
3.1.2 异质结的能带对齐方式 |
3.2 BP/InGaZnO异质结的第一性原理计算 |
3.2.1 密度泛函理论计算BP的能级 |
3.2.2 BP/InGaZnO异质结能带 |
3.3 BP与 InGaZnO场效应晶体管 |
3.4 BP/InGaZnO异质结的设计与表征 |
3.5 垂直堆砌的BP/InGaZnO异质结二极管 |
3.5.1 器件制作流程 |
3.5.2 垂直结构相比于侧面结构的优势 |
3.5.3 垂直二极管的电学表征 |
3.6 垂直异质结的工作机制 |
3.6.1 正向电压下的pn结及其能带图 |
3.6.2 负向电压下的pn结及其能带图 |
3.7 本章小节 |
第4 章 基于BP/InGaZnO异质结的隧穿晶体管 |
4.1 隧穿晶体管的研发背景 |
4.2 隧穿晶体管及其工作机理 |
4.3 TFET的研究进展 |
4.3.1 材料选取 |
4.3.2 结构设计 |
4.4 TFET面临的挑战 |
4.5 TFET器件的设计 |
4.5.1 BP/InGaZnO异质结TFET的制作 |
4.5.2 TFET的输出特性曲线 |
4.5.3 负微分电阻 |
4.5.4 TFET的转移曲线 |
4.6 本章小节 |
第5章 基于BP/InGaZnO异质结的结型晶体管 |
5.1 结型晶体管的研究意义 |
5.2 JFET的工作原理 |
5.3 InGaZnO JFET和 InGaZnO MISFET的设计与制作 |
5.4 InGaZnO JFET与 InGaZnO MISFET的电学性能分析 |
5.4.1 InGaZnO MISFET的电学性能分析 |
5.4.2 InGaZnO JFET的电学性能分析 |
5.4.3 InGaZnO迁移率及载流子浓度的计算 |
5.5 基于JFET的外部负载反相器 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
(7)多类半导体结构中的光电效应研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 激光调控的阻变特性概述 |
1.2.1 阻变效应概述与应用 |
1.2.2 阻变效应机理 |
1.2.3 阻变存储常用的材料 |
1.2.4 光控阻变特性 |
1.3 基于界面态的侧向光伏效应与光致隧穿放大效应概述 |
1.3.1 界面态概述与机理 |
1.3.2 侧向光伏效应概述、机理与应用 |
1.3.3 隧穿效应概述、机理与应用 |
1.4 激光诱导调控的场放大效应概述 |
1.4.1 碳化硅材料概述与应用 |
1.4.2 场效应管结构概述与应用 |
1.4.3 共振吸收增强引起的光学性质 |
1.5 本论文的主要研究内容 |
参考文献 |
第二章 样品制备与测试分析方法 |
2.1 样品制备方法与原理 |
2.1.1 磁控溅射法 |
2.1.2 热氧化生长法 |
2.2 表征技术 |
2.2.1 扫描电子显微镜 |
2.2.2 透射电子显微镜 |
2.2.3 原子力显微镜 |
2.2.4 表面轮廓仪 |
2.3 样品测试 |
2.3.1 半导体特征分析仪 |
2.3.2 伏安特性曲线测量 |
2.3.3 侧向光伏测量 |
2.3.4 表面电容测量 |
参考文献 |
第三章 二硫化钼/二氧化铪复合结构中的光控阻变开关效应 |
3.1 引言 |
3.2 二硫化钼/二氧化铪结构的制备 |
3.2.1 MoS_2和Hf O_2材料的溅射制备 |
3.2.2 MoS_2和Hf O_2薄膜的形貌与性质 |
3.3 光电性能测试的结果与讨论 |
3.3.1 MoS_(2/)Hf O_2/p-Si结构中的阻变特性 |
3.3.2 MoS_2/HfO_2/p-Si结构中的受光增益与调控的阻变特性 |
3.3.3 MoS_2/HfO_2/p-Si结构的光电探测性能 |
3.4 小结 |
参考文献 |
第四章 基于界面态调控的侧向光伏效应和光致隧穿放大效应 |
4.1 引言 |
4.2 硅基氧化物结构的制备和界面态验证 |
4.2.1 热生长法制备的SiO_2/Si/SiO_2结构的性质 |
4.2.2 p型硅中的界面态 |
4.2.3 表面电容测量验证界面态 |
4.3 硅基半导体中界面态调控的侧向光伏效应和光致隧穿放大效应 |
4.3.1 SiO_2/Si/SiO_2结构中基于界面态的侧向光伏效应 |
4.3.2 SiO_2/Si/SiO_2结构中由界面态调控的光致隧穿效应 |
4.4 小结 |
参考文献 |
第五章 碳化硅结构中基于共振吸收增强的光致场放大效应 |
5.1 引言 |
5.2 碳化硅与碳薄膜复合结构的性质 |
5.2.1 碳薄膜制备 |
5.2.2 C/SiC结构表面形貌 |
5.2.3 共振吸收增强机制 |
5.3 光电性能测试的结果与讨论 |
5.3.1 C/SiC结构的紫外探测性能与光致场放大效应 |
5.3.2 C/SiC结构中由碳薄膜引起的优秀光电性能 |
5.4 小结 |
参考文献 |
第六章 总结与展望 |
6.1 论文工作总结 |
6.2 未来工作展望 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
攻读博士学位期间所取得的荣誉 |
(8)SiC MOSFET与SiC JFET的短路失效模型及其短路失效机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 功率半导体的发展与应用 |
1.2 课题研究背景与现状 |
1.2.1 研究背景 |
1.2.2 研究现状 |
1.3 课题研究意义 |
1.4 本文主要研究内容和章节安排 |
第二章 SiC MOSFET和SiC JFET的短路失效模型 |
2.1 基础模型建立 |
2.1.1 Matlab/simulink模型基础 |
2.1.2 SiC MOSFET与SiC JFET的基本理论 |
2.1.3 SiC MOSFET与SiC JFET的基础模型 |
2.2 基础模型验证 |
2.2.1 SiC MOSFET和SiC JFET静态特性验证 |
2.2.2 SiC MOSFET和SiC JFET动态特性验证 |
2.3 SiC MOSFET和SiC JFET短路失效模型与验证 |
2.3.1 热网络模型的建立 |
2.3.2 泄漏电流模型 |
2.3.3 短路失效模型的结构 |
2.3.4 短路失效模型的验证 |
2.4 本章小结 |
第三章 SiC MOSFET和SiC JFET的短路失效机理研究 |
3.1 SiC MOSFET与SiC JFET短路失效的TCAD模拟 |
3.2 SiC MOSFET与SiC JFET短路失效电流的Matlab/Simulink分析 |
3.3 SiC MOSFET和SiC JFET的短路失效能量分析 |
3.4 SiC MOSFET与Si MOSFET短路失效的对比 |
3.4.1 TCAD模拟分析SiC MOSFET与Si MOSFET的电流线 |
3.4.2 SiC MOSFET与Si MOSEFET的短路失效机制分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 SiC MOSFET短路失效的影响因素及其分析 |
4.1 SiC/SiO_2界面态对SiC MOSFET短路失效的影响 |
4.1.1 SiC/SiO_2界面态电荷的物理特性 |
4.1.2 不同密度界面态电荷对短路失效的影响 |
4.2 栅极电阻对SiC MOSFET短路失效的影响 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
附录一 插图清单 |
附录二 表格清单 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
(9)石墨烯场效应管及其在太赫兹技术中的应用(论文提纲范文)
1 前言 |
2 石墨烯基场效应管 |
2.1 石墨烯场效应管的结构 |
2.1.1 顶栅/背栅型 |
2.1.2 侧栅型 |
2.1.3 隧穿型 |
2.2 石墨烯场效应管的特性 |
2.2.1 特征频率 |
2.2.2 I-V特性 |
2.2.3 负动态电导率特性 (太赫兹频段) |
2.3 石墨烯场效应管的制备 |
2.3.1 石墨烯的制备与转移 |
2.3.2 介电层的淀积 |
2.3.3 金属-石墨烯连接 |
3 基于石墨烯场效应管的太赫兹技术 |
3.1 太赫兹发射器与激光器 |
3.2 太赫兹探测器 |
3.3 太赫兹调制器 |
3.4 其它太赫兹技术应用 |
4 结论 |
(10)应用于纳米器件中高介电常数介质薄膜的可靠性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
缩略词表 |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 栅极介质可靠性概述 |
1.3 高k介质的可靠性 |
1.3.1 用作栅极的高k介质 |
1.3.2 高k介质的击穿特性 |
1.4 纳米晶浮栅结构的栅极可靠性 |
1.4.1 纳米晶尺寸缩小的问题 |
1.4.2 纳米晶的间距与密度 |
1.5 论文研究意义和章节安排 |
1.5.1 论文研究的意义 |
1.5.2 论文章节安排 |
本章参考文献 |
第2章 高k栅极介质器件的制备与表征 |
2.1 制备工艺 |
2.1.1 高k介质制备工艺 |
2.1.2 纳米晶的制备 |
2.1.3 其他工艺流程 |
2.2 材料学表征 |
2.2.1 透射电子显微镜 |
2.2.2 原子力显微镜 |
2.3 电学特性表征 |
2.3.1 电流-电压特性 |
2.3.2 电容-电压特性测试 |
2.3.3 电流-时间特性测试 |
2.4 小结 |
本章参考文献 |
第3章 MOS结构中高k介质的电荷输运研究 |
3.1 栅极介质中的电荷输运 |
3.1.1 电极限制型导电 |
3.1.2 体限制型导电 |
3.2 器件制备与表征 |
3.2.1 氧化铪MOS电容制备 |
3.2.2 氧化镧/氧化铈栅极堆叠结构的制备与表征 |
3.3 氧化铪导电机理 |
3.4 氧化镧/氧化铈导电机理 |
3.5 本章小结 |
本章参考文献 |
第4章 MOS结构中高k介质的击穿与恢复特性 |
4.1 介质击穿研究的数理模型 |
4.1.1 应力诱生漏电流 |
4.1.2 介质击穿与渗透模型 |
4.1.3 威布尔分布 |
4.2 高k栅极介质的恢复特性 |
4.2.1 硬击穿-恢复现象统计学研究 |
4.2.2 介质恢复特性的物理本质 |
4.3 高k栅极介质的击穿特性 |
4.3.1 斜坡电压击穿法 |
4.3.2 缺陷聚合模型在VRS中的应用 |
4.4 介质恢复对击穿分布的影响 |
4.5 本章小结 |
本章参考文献 |
第5章 纳米晶存储器件的栅极介质可靠性 |
5.1 纳米晶器件可靠性问题概述 |
5.2 器件制备与形貌表征 |
5.2.1 纳米晶材料的选择 |
5.2.2 器件制备工艺流程 |
5.2.3 形貌表征 |
5.3 器件栅极的电荷输运 |
5.4 器件的存储特性 |
5.4.1 退火温度对V_(FB)偏移的影响 |
5.4.2 写入电压对V_(FB)偏移的影响 |
5.5 器件栅极介质的失效分析 |
5.5.1 缺陷聚合模型 |
5.5.2 栅极介质中的电场分布 |
5.5.3 介质击穿参数分析 |
5.6 本章小结 |
本章参考文献 |
第6章 纳米晶存储器件中的栅极随机电报噪声 |
6.1 RTN测量与特征参数提取 |
6.2 纳米晶器件中的RTN |
6.3 电应力下的RTN |
6.3.1 纳米晶器件应力后RTN |
6.3.2 纳米晶器件应力诱生缺陷的分布 |
6.4 RTN的温度特性 |
6.5 本章小结 |
本章参考文献 |
第7章 总结与展望 |
7.1 论文主要内容 |
7.2 论文的主要创新点 |
7.3 论文不足之处和未来工作展望 |
作者简历及攻读博士学位期间主要成果 |
四、利用FN振荡电流估计金属-氧化物-半导体场效应管Si-SiO_2界面宽度(论文参考文献)
- [1]高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性研究[D]. 曲畅. 长春理工大学, 2021(01)
- [2]基于新型二维半导体材料和钙钛矿材料的晶体管光电探测器件的研究[D]. 王彦皓. 山东大学, 2021(12)
- [3]压电门控二维复合薄膜场效应晶体管的制备及电学特性[D]. 张哲. 辽宁师范大学, 2021(08)
- [4]微掺杂硅衬底石墨烯场效应管建模研究[D]. 陆平. 电子科技大学, 2021(01)
- [5]高性能低功耗锗沟道场效应晶体管技术的研究[D]. 李骏康. 浙江大学, 2021(01)
- [6]基于BP/InGaZnO异质结的隧穿晶体管与结型晶体管的研究[D]. 闭家熇. 湖南大学, 2020(07)
- [7]多类半导体结构中的光电效应研究[D]. 董安华. 上海交通大学, 2020(01)
- [8]SiC MOSFET与SiC JFET的短路失效模型及其短路失效机理研究[D]. 杨婷婷. 安徽工业大学, 2019(02)
- [9]石墨烯场效应管及其在太赫兹技术中的应用[J]. 闭吕庆,戴松松,吴阳冰,郭东辉. 新型炭材料, 2018(06)
- [10]应用于纳米器件中高介电常数介质薄膜的可靠性研究[D]. 冯煊. 浙江大学, 2018(12)