多晶硅薄膜压阻系数的理论研究

利用应力退耦模型,分别对多晶硅薄膜晶粒中性区和晶界势垒区的压阻系数进行了理论分析,并推导出多晶硅压阻系数的表达式.实验结果表明,利用文中推导出的理论公式所获得的计算值与实验测量结果基本符合,所给出的有关多晶硅压阻系数的理论结果可以作为多晶硅特性分析的理论依据.     

掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜应变系数的影响

为有效利用多晶硅纳米薄膜研制MEMS压阻器件,本文对LPCVD多晶硅纳米薄膜应变系数与掺硼浓度的关系进行了研究,并利用扫描电镜和X射线衍射实验分析了薄膜的结构特点.结果表明:在重掺杂情况下,纳米薄膜的应变系数明显大于相同掺杂浓度下单晶硅的应变系数,而且掺杂浓度在2.5×1020cm-3左右时,应变系数具有随掺杂浓度升高而增大的趋势.对这种实验结果依据隧道效应原理进行了理论解释,提出了多晶硅压阻特性的修正模型.     

掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜应变系数的影响

为有效利用多晶硅纳米薄膜研制MEMS压阻器件,本文对LPCVD多晶硅纳米薄膜应变系数与掺硼浓度的关系进行了研究,并利用扫描电镜和X射线衍射实验分析了薄膜的结构特点.结果表明:在重掺杂情况下,纳米薄膜的应变系数明显大于相同掺杂浓度下单晶硅的应变系数,而且掺杂浓度在2.5×1020cm-3左右时,应变系数具有随掺杂浓度升高而增大的趋势.对这种实验结果依据隧道效应原理进行了理论解释,提出了多晶硅压阻特性的修正模型.     

择优生长的多晶硅压阻统计理论

本文报道了计算择优生长的多晶硅压阻灵敏度的统计平均理论,由此得到了〈100〉、〈110〉〈111〉、〈211〉、〈311〉、〈331〉等低指数晶向择优生长的p型和n型多晶硅的平均晶粒压阻系数.将这些结果应用到具有多重择优晶向的多晶硅材料,经过计算可进一步得到多晶硅力敏电阻的灵敏度.对于制作在矩形膜中心区域的一系列多晶硅电阻,实验得到的结果与理论分析的结果符合得很好.这些结果为多晶硅压阻型压力传感器的设计提供了有效的手段.     

硼掺杂多晶硅薄膜电阻率的温度特性

本文研究了用于制作压阻传感器的硼掺杂ＬＰＣＶＤ多晶硅薄膜电阻率的温度特性．在室温～４５０℃较高温度范围，实验发现电阻率与温度的关系中存在一个极小值，理论分析表明极小值所对应的温度正比于晶界势垒高度，理论分析与实验结果相符合．通过对影响薄膜电阻率温度特性诸因素的分析讨论，提出了减小多晶硅薄膜电阻温度系数的最佳途径．     

多晶硅隧道压阻模型*

基于陷阱模型,分析了多晶硅能带结构和导电机理,给出了解释隧道压阻效应的等效电路,说明了构成多晶硅压阻效应的内在因素以及隧道压阻效应在其中的作用。综合晶界区域和晶粒中性区两方面压阻效应建立了新的压阻模型——隧道压阻模型。结果表明,掺杂浓度在1020cm-3以上,复合晶界的压阻系数不但大于晶粒中性区的压阻系数,而且随掺杂浓度增加而增大,从而揭示了多晶硅纳米薄膜在重掺杂情况下出现应变因子随掺杂浓增加而增大的重要实验现象的内在机理。     

多晶硅薄膜的高温压阻效应

利用LPCVD制备重掺杂多晶硅薄膜,在0～560℃温度范围内对薄膜的压阻效应进行研究,同时对多晶硅薄膜应变系数随温度的变化,以及薄膜的淀积温度与薄膜厚度对应变系数的影响进行了相关的实验研究.结果表明,利用多晶硅材料制作的压敏电阻,其最高工作温度可以达到560℃以上.     

多晶硅薄膜的高温压阻效应

利用LPCVD制备重掺杂多晶硅薄膜,在0～560℃温度范围内对薄膜的压阻效应进行研究,同时对多晶硅薄膜应变系数随温度的变化,以及薄膜的淀积温度与薄膜厚度对应变系数的影响进行了相关的实验研究.结果表明,利用多晶硅材料制作的压敏电阻,其最高工作温度可以达到560℃以上.     

多晶硅纳米薄膜晶界隧道压阻效应

实验表明重掺杂情况下多晶硅纳米薄膜的应变因子比相同浓度单晶硅的大,且随晶粒尺度减小而增大。为使这种特性在压阻器件中得到合理应用,在分析多晶硅能带结构的基础上,阐明了这种特性根源在于流过晶界的隧道电流随应变而变化引起的隧道压阻效应,给出了晶界压阻系数的计算方法,并从理论上解释了多晶硅纳米薄膜压阻特性的实验现象。     

多晶硅双岛压力传感器应力分布的模拟计算

本言语用有限单元法对双岛型多晶硅压力传感器的应力分布进行了计算机模拟,根据模拟计算的应力分布规律,优化多晶硅应变电阻的设计,弥补了多晶硅压阻系数低于单晶硅的缺点,研制出双岛结构多昌硅压力传感器,传感器具有高灵敏度和高的工作温度,计算分析结果与实验基本相符。     

Phenomenological Model of the Piezoresistive Effect in Polysilicon Films

A phenomenological model is proposed of the piezoresistive effect in polysilicon films, taking account of film symmetry. The model employs the elastoresistance and the piezoresistance tensor. Average piezoresistance coefficients are calculated. They are found to agree well with previously reported experimental values for high doping levels.     

Tunnelling piezoresistive effect of grain boundary in polysilicon nano-films

The experiment results indicate that the gauge factor of highly boron doped polysilicon nanofilm is bigger than that of monocrystalline silicon with the same doping concentration, and increases with the grain size decreasing.To apply the unique properties reasonably in the fabrication of piezoresistive devices, it was expounded based on the analysis of energy band structure that the properties were caused by the tunnel current which varies with the strain change forming a tunnelling piezoresistive effect. Finally, a calculation method of piezoresistance coefficients around grain boundaries was presented, and then the experiment results of polysilicon nanofilms were explained theoretically.     

Effect of deposition temperature on LPCVD polysilicon

The electrical properties of LPCVD silicon are shown to be optimised for microelectronic applications by depositing the films as an amorphous layer and annealing to yield a polycrystalline form. The film resistivity is lowered and the piezoresistive coefficient raised by this technique. These improvements are explained by a simple theory which incorporates trap density and grain size effects and also allows the temperature coefficients of resistance and gauge factor to be calculated.     

阵列式微机械悬臂梁的研制及其特性分析

在一个芯片上设计了六组不同规格的矩形压阻悬臂梁.采用ANSYS有限元分析系统对微压阻悬臂梁进行应力分析,并对压阻悬臂梁的噪声、灵敏度以及最小可探测位移进行了研究.选用多晶硅为压阻材料,以硅微机械加工技术为基础,完成了阵列式压阻悬臂梁的制备.通过测量器件的噪声和灵敏度,计算出在6V偏压和10 0 0Hz测量带宽下,多晶硅悬臂梁的最小可探测位移为1nm .     

双势垒量子阱薄膜压阻效应实验研究

采用分子束外延方法在砷化镓衬底上生长了AlAs/GaAs双势垒量子阱薄膜结构。介绍了量子阱薄膜在单轴压力作用下的压阻实验,测试出薄膜在压力影响下的I-V曲线,并分析了量子阱薄膜压阻效应的成因。通过实验证实了量子阱薄膜具有较高灵敏度的压阻效应,其压阻灵敏度比目前常用的多晶硅的压阻灵敏度提高一个数量级。     

Electrothermally excited silicon beam mechanical resonators

Silicon micromechanical resonators are described which use a polysilicon resistor for both electrothermal excitation and piezoresistive sensing. By suitable design these devices may have a very low temperature coefficient of frequency and be used as both frequency references and pressure sensors.     

Nitrogen doped silicon films heavily boron implanted for MOS structures: Simulation and characterization

In this work we study the boron diffusion and its activation into recrystallized nitrogen doped silicon thin films (NIDOS) and we also discuss the influence of the chemical interaction between boron and nitrogen in NIDOS films. These films are deposited by low pressure chemical vapor (LPCVD) for the development of a P⁺ polysilicon gate for MOS structures. The reduction of boron diffusion with increasing nitrogen content is observed by SIMS profiles. SUPREM IV software is used in order to estimate the boron diffusion coefficients in NIDOS films. FTIR analyses show the appearance of a B–N complex whose density strongly depends on the annealing treatment in terms of temperature and duration. It is deduced through resistivity measurements and SEM observation that the formation of B–N complexes tends to degrade the electrical properties of polysilicon thin layers through the decrease of both electrically active boron and polycrystalline grains growth.     

多晶硅TFT模型的研究进展

全面介绍了多晶硅薄膜晶体管(TFT)紧凑模型的现状和应用前景,简单说明了多晶硅TFT特有的电学特性,这是多晶硅TFT建模的基础,重点介绍了基于阈值电压和基于表面势的多晶硅TFT紧凑模型的研究进展,并对这些模型进行了评述,其中RPI模型是基于阈值电压的TFT模型的典范.虽然TFT模型已经有所发展,但成熟度还远远不够.最后提出了改进多晶硅TFT模型的方向和策略,包括二维器件模拟的应用、基于表面势模型的发展、多晶硅材料特性的应用、统一模型的发展、短沟效应的建模和参数提取等.