半导体器件辐射效应研究

在回顾半导体器件辐射效应取得丰富研究成果的基础上,介绍近年来半导体辐射效应研究的一些动向,其中包括航空及地面环境的单粒子效应、综合辐射环境下的辐射效应、化合物半导体器件的单粒子效应、光电器件的辐射效应、功率半导体器件的辐射效应、绝缘体上硅(SOI)CMOS集成电路的辐射效应及混合信号电路辐射加固设计技术,给出了一些典型的研究结果,并指出在这些效应方面应该继续研究的方向。     

功率半导体器件辐射效应综述

功率半导体器件是航天器电源系统中的核心元件,太空环境中的粒子辐射会使其发生失效。首先,总结了硅功率半导体器件几种主要的辐射效应。然后,介绍了近年来一些新的研究成果和研究热点。最后,对第三代半导体功率器件中的辐射效应进行了简单介绍。     

半导体器件辐射电离效应的激光模拟方法

因对半导体器件进行安全、快捷、无损伤的辐射效应研究及验证的迫切需求,激光模拟辐射电离效应方法应运而生,并得到了国外科研界的推动和认可。相比于大型地面辐射模拟装置,激光模拟方法具有许多独特优势,可为深入认识半导体器件辐射效应,开展有针对性的抗辐射加固设计提供重要的补充手段,其研究在理论和应用方面均具有重要意义。本文简要叙述了γ射线、激光与半导体器件相互作用产生电离效应的主要机理,归纳了激光模拟的物理基础和主要特点,总结了国内外发展的情况,深入分析了当前研究存在的问题,并提出了开展研究可以采取的手段和方法。最后展望了未来值得进一步探索的研究内容和方向。     

脉冲强激光辐照半导体材料损伤效应的解析研究

研究了强激光辐照半导体材料Insb时的热输运、自由载流子输运和光子输运过程,探讨了激光对半导体材料的损伤机理。为半导体材料的辐射效应和抗辐射加固技术提供了一个理论证据。     

电离损伤效应漂移扩散模型的数值算法和应用

针对半导体器件中的氧化物由于辐射电离损伤所产生的界面陷阱和体缺陷的模型，采用向后欧拉方法处理时间离散，采用线性化的方法处理带反应项的非线性漂移扩散反应方程，完成了氧化金属–绝缘层–半导体结构(MIS)中二氧化硅层产生界面缺陷和体缺陷的数值模拟。该算法在三维并行自适应有限元软件平台(PHG)上编程实现，模拟的数值结果与电离损伤实验中所出现的低剂量增强效应和在不同氢气浓度条件下的数据相符合。针对模拟结果给出了对应模型的结果分析。     

基于扫描电子显微镜的半导体掺杂剂含量剖面分析研究进展

掺杂剂浓度剖面分析是半导体器件研发、诊断和电学性能提升的关键.扫描电子显微镜因具有埃级空间分辨率、成像速度快、荷电效应弱和辐照损伤小等优点,在表征掺杂半导体方面独具优势.本文简要介绍了扫描电子显微镜在掺杂半导体表征方面的研究进展及挑战,包括SEM图像中掺杂衬度的产生机理、成像参数以及SE的能量和出射角度对掺杂衬度的影响...     

用双面研磨机代替平面磨床的减薄工艺

单晶硅是制造半导体硅器件的重要原始材料.单晶硅有两种缺陷:生长缺陷(即原生缺陷)和二次缺陷(即诱生缺陷).如果仅有完美的晶体而没有完美的加工技术,也达不到预想的目的.在器件生产工艺中往往会引进二次缺陷(如氧化层错、外延层错及位错等),直接影响半导体器件的质量和电性能.     

MOS器件及电路的总剂量辐射效应测试技术

介绍了半导体器件与电路的总剂量辐射效应及其测试技术,主要分析了MOS器件的效应机理、总剂量效应试验模拟源以及各种模拟源辐射环境的测量方法,最后给出了部分实验结果,并对其进行了讨论。     

关于半导体材料(锗、硅)微缺陷的研究

近年来,随着大规模集成电路、CCD二极管阵列显示器件和微波功率晶体管的发展,这些大面积器件对半导体材料提出了更高的要求,促使人们加强对半导体材料的微缺陷研究.其研究的重点是集中于形成各种微缺陷的机理,微缺陷的结构、微缺陷分布的非均匀性、微缺陷的杂质析出效应、微缺陷的运动和电活性以及微缺陷的电学效应.     

自由空间用半导体激光器抗辐射的研究

为了提高半导体激光器的抗辐射性能,满足空间应用的需要,在介绍了空间辐射环境的基础上,对空间辐射在半导体激光器中产生的总剂量效应、单粒子翻转效应和位移效应进行了分析,并探讨了半导体激光器在空间辐射环境中相应的抗辐射防护技术。对980 nm单模半导体激光器采用了端面镀膜、Al2O3绝缘介质层、真空封装等抗辐射的改进措施,有效地提高了半导体激光器的抗辐射能力。     

环扫电镜表征影响因素及芯片失效分析应用

对环境扫描电镜(ESEM)表征影响因素进行试验研究,根据半导体芯片的结构,进行成像参数优化,试验结果表明较为适合的优化参数为:腔室气压40Pa~80Pa,加速电压10kV~20kV.研究了裙散效应对能谱分析的影响,结果表明非分析区域元素含量与离能谱分析点的距离呈幂函数衰减,应证了文献报道的理论计算,对于能谱分析排除干扰元素有一定的参考意义.针对破坏性物理分析(DPA)试验中发现的塑封器件腐蚀缺陷,利用ESEM在优化参数下进行机理分析,结果表明玻璃钝化层裂纹是导致铝金属条被腐蚀的原因,而玻璃钝化层裂纹是由于器件材料性质不匹配,在热载荷条件下产生热应力而引起.这种表层缺陷极有可能因为镀膜而被掩盖,因此,利用ESEM检测半导体器件具有一定的必要性.     

自组装半导体量子点在纳米电子器件中的应用

随着微电子工艺逐渐逼近其物理极限,具有量子特性的纳米电子器件的研制被提上日程.自组装半导体量子点由于缺陷少、生长技术成熟和具有δ函数形式的能态密度等优点而被广泛用于纳米电子器件制备中.本文按纵向输运器件、横向输运器件的分类扼要评述了该领域的最新进展,并对待解决的问题和发展前景作了分析.     

Exploiting Phonon‐Resonant Near‐Field Interaction for the Nanoscale Investigation of Extended Defects

The evolution of wide bandgap semiconductor materials has led to dramatic improvements for electronic applications at high powers and temperatures. However, the propensity of extended defects provides significant challenges for implementing these materials in commercial electronic and optical applications. While a range of spectroscopic and microscopic tools have been developed for identifying and characterizing these defects, such techniques typically offer either technique exclusively, and/or may be destructive. Scattering‐type scanning near‐field optical microscopy (s‐SNOM) is a nondestructive method capable of simultaneously collecting topographic and spectroscopic information with frequency‐independent nanoscale spatial precision (≈20 nm). Here, how extended defects within 4H‐SiC manifest in the infrared phonon response using s‐SNOM is investigated and the response with UV‐photoluminescence, secondary electron and electron channeling contrast imaging, and transmission electron microscopy is correlated. The s‐SNOM technique identifies evidence of step‐bunching, recombination‐induced stacking faults, and threading screw dislocations, and demonstrates interaction of surface phonon polaritons with extended defects. The results demonstrate that phonon‐enhanced infrared nanospectroscopy and spatial mapping via s‐SNOM provide a complementary, nondestructive technique offering significant insights into extended defects within emerging semiconductor materials and devices and thus serves as an important diagnostic tool to help advance material growth efforts for electronic, photonic, phononic, and quantum optical applications.     

Radiation testing of semiconductor devices for space electronics

Radiation effects testing, part selection, and hardness assurance for application to electronic components in the natural space environment are discussed. The emphasis is on semiconductor devices, primarily silicon microcircuits, which are used in the greatest quantity and which, in most cases, are the most sensitive. After a summary of the natural space radiation environment and the effects of radiation on semiconductor devices, laboratory simulation of space radiation and extrapolation to space are covered. Radiation testing is performed to understand failure mechanisms, to characterize the radiation response of specific devices, and to provide data for lot acceptance. Part selection and hardness assurance are discussed by contrasting the traditional approach with the unique aspects of space systems. Some recommendations are made for treating the more complex aspects of space system microcircuit hardness assurance     

石墨烯及石墨烯场效应管的辐照效应研究进展

石墨烯由于高迁移率、高导热性、柔韧性好和机械强度高等优异性能使其成为构筑新型纳米电子器件的重要材料,已成为电子信息、生物医学、显示等领域的研究热点。当石墨烯材料及其电子器件放置于含有辐照因素的场景中时,会因为与高能光子和带电粒子等相互作用而改变晶格结构或积累电荷,使石墨烯材料及电子器件的性能发生变化。本文主要综述了典型辐照因素对石墨烯及器件的主要效应及研究进展,旨在总结不同辐照在石墨烯及其电子器件中引发的物理效应,归纳其微观-宏观性质变化,为加深石墨烯材料及器件的辐照效应的理解,推动其在辐照场景中的实际应用奠定基础。     

SiC电力电子器件研究现状及新进展

由于硅材料本身的限制,传统硅电力电子器件性能已经接近其极限,碳化硅(SiC)器件的高功率、高效率、耐高温、抗辐照等优势逐渐突显,成为电力电子器件一个新的发展方向.综述了SiC材料、SiC电力电子器件、SiC模块及关键工艺的研究现状,重点从材料、器件结构、制备工艺等方面阐述了SiC二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结晶型场效应晶体管(JFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)及模块的研究进展.概述了SiC材料、SiC电力电子器件及模块的商品化情况,最后对SiC材料及器件的发展趋势进行了展望.     

分析半导体器件纵向结构参数均匀性

半导体材料中的缺陷和离子注入掺杂的不均匀性，将直接影响器件的主要电参数，甚至会降低产品的成品率，所以，分析半导体器件纵向结构参数的均匀性，在生产中起重要作用。进一步而言，此类分析能用来检验出直拉硅单晶中存在着的两种缺陷，还能给出离子注入机在扫描过程中引起的掺杂不均匀性的详细的描述。     

The study of the charge collection of the normal‐collector configuration

Charge collection is one of the crucial processes to collect the induced current when a semiconductor sample is subjected to some external excitations such as the electron or photon beams. The charge collection probability is the basis in the study of this induced current particularly in the field of photonic devices, photovoltaic cells as well as in the characterization of semiconductor materials and devices. In this paper, the analytical expressions for the charge collection probability of the finite‐dimension normal‐collector configuration, with and without surface recombination at the free surfaces are presented. An excellent agreement has been found between the charge collection probability profiles computed using the presently derived analytical expressions and those obtained using a device simulator. The results have been used to study the effects of the various physical parameters on the charge collection probability. These analytical expressions are expected to enhance our understanding of the charge collection process. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

量子电子器件及其应用

随着半导体芯片的特征尺寸从微米量级向纳米量级挺进,半导体的量子效应现象显现。文章阐述了半导体器件中的量子尺寸效应、隧道效应、干涉效应等量子效应的种类以及利用这些量子效应制作的量子点器件、谐振隧穿器件和单电子器件三大种类量子电子器件。介绍了各类量子电子器件的原理以及它们具有超高速、超高频、高集成度、低功耗和高特征温度等优越特性,并着重介绍了各类量子电子器件的制造方法。在此基础上,指出了量子电子器件的应用及发展前景。