Cu-GaAs(110)界面的同步辐射光电子谱研究

本文用同步辐射光电子谱研究了在室温n型GaAs(110)解理面上蒸发淀积的Cu-GaAs(110)界面和肖特基势垒的形成.Ga3d和As3d光电子谱随Cu的厚度的变化表明:在小于0.5单原子层(ML)Cu时只观察到能带的刚性弯曲,并无明显的界面反应;在大于1MLCu时出现明显的界面反应,形成处于界面的金属Ga和处于Cu表面的As;Cu有岛状生长的迹象.由谱分解的结果确定了在3—60A Cu范围内界面费米能级的位置在导带底以下约0.9eV处.肖特基势垒在0.5MLCu时已大部分(～80％)形成,在3MLCu时就完全形成.讨论了Cu-GaAs(110)界面和肖特基势垒形成的机制.     

关于Ge/GaAs(110)界面的费米能级钉扎

采用饱和的平板模型及半经验的紧束缚方法计算了吸附Ge原子的GaAs(110)表面在不同覆盖度情况下的电子态密度.结合以前对Ge/GaAs(110)界面系统电子态的理论与实验研究工作,提出Ge/GaAs(110)界面的费米能级钉扎位置主要决定于GaAs表面层与Ge吸附层之间的电子电荷转移.     

金属-半导体超晶格中的金属费米能级和半导体平均键能

为了进一步了解在金属-半导体接触势垒高度计算中采用半导体平均键能Em作为参考能级的合理性,本文在金属-半导体超晶格的LMTO-ASA能带计算中,引用"冻结势"方法,计算了(Ge2)4(2Al)6(001),(Ge2)4(2Au)6(001),(Ge2)4(2Ag)6(001),(GaAs)4(2Al)6(001),(GaAs)4(2Au)6(001)和(GaAs)4(2Ag)6(001)等超晶格金属-半导体界面两侧的金属费米能级EF(M)和半导体平均键能Em(S).研究发现,在超晶格的金属-半导体界面两侧,金属的费米能级EF(M)与半导体的平均键能Em(S)几乎处于同一能量水平线上,Em(S)≈EF(M),也就是EF(M)与Em(S)在界面两侧相互"对齐".因此,在理想金属-半导体接触的势垒高度理论计算中,采用半导体平均键能Em作为参考能级,可以获得比较可靠的计算结果.     

金属-半导体超晶格中的金属费米能级和半导体平均键能

为了进一步了解在金属-半导体接触势垒高度计算中采用半导体平均键能Em作为参考能级的合理性,本文在金属-半导体超晶格的LMTO-ASA能带计算中,引用"冻结势"方法,计算了(Ge2)4(2Al)6(001),(Ge2)4(2Au)6(001),(Ge2)4(2Ag)6(001),(GaAs)4(2Al)6(001),(GaAs)4(2Au)6(001)和(GaAs)4(2Ag)6(001)等超晶格金属-半导体界面两侧的金属费米能级EF(M)和半导体平均键能Em(S).研究发现,在超晶格的金属-半导体界面两侧,金属的费米能级EF(M)与半导体的平均键能Em(S)几乎处于同一能量水平线上,Em(S)≈EF(M),也就是EF(M)与Em(S)在界面两侧相互"对齐".因此,在理想金属-半导体接触的势垒高度理论计算中,采用半导体平均键能Em作为参考能级,可以获得比较可靠的计算结果.     

Cu/,Ni/4H-SiC Schottky势垒的退火研究

采用磁控溅射方法分别在n型4H-SiC上沉积Cu,Ni金属薄膜形成Schottky接触,并进行不同温度下的退火,通过I-V和C-V测试,研究不同退火温度对Schottky势垒高度以及理想因子的影响.研究结果表明,对Cu,Ni金属,适当的退火温度能提高其与4H-SiC所形成的Schottky势垒高度,改善理想因子,但若退火温度过高,则会导致接触的整流特性退化.器件在退火前后,反向漏电流都较小.热电子发射是其主要的输运机理.所制备的金属半导体接触界面比较理想,无强烈费米能级钉扎.     

Cu/,Ni/4H-SiC Schottky势垒的退火研究

采用磁控溅射方法分别在n型4H-SiC上沉积Cu,Ni金属薄膜形成Schottky接触,并进行不同温度下的退火,通过I-V和C-V测试,研究不同退火温度对Schottky势垒高度以及理想因子的影响.研究结果表明,对Cu,Ni金属,适当的退火温度能提高其与4H-SiC所形成的Schottky势垒高度,改善理想因子,但若退火温度过高,则会导致接触的整流特性退化.器件在退火前后,反向漏电流都较小.热电子发射是其主要的输运机理.所制备的金属半导体接触界面比较理想,无强烈费米能级钉扎.     

Cu/,Ni/4H-SiC Schottky势垒的退火研究

采用磁控溅射方法分别在n型4H-SiC上沉积Cu,Ni金属薄膜形成Schottky接触，并进行不同温度下的退火，通过I-V和C-V测试，研究不同退火温度对Schottky势垒高度以及理想因子的影响. 研究结果表明，对Cu,Ni金属，适当的退火温度能提高其与4H-SiC所形成的Schottky势垒高度，改善理想因子，但若退火温度过高，则会导致接触的整流特性退化.器件在退火前后，反向漏电流都较小. 热电子发射是其主要的输运机理. 所制备的金属半导体接触界面比较理想，无强烈费米能级钉扎     

GaAs(100)表面成分的变化引起费米能级钉扎位置变动的一种新解释

Sb与GaAs(100)所构成的肖特基势垒的高度随GaAs表面成份的改变有很大的变化,这意味着GaAs费米能级的钉扎位置有了变动.这一现象难以直接用已有的金属与半导体接触的理论来解释.本文将把Bardeen关于费米能级为表面态所钉扎理论中的表面中性能级的概念加以拓广,从而对上述的现象提出一个新的解释.     

GaAs表面化学组分变化对肖特基二极管性能的影响

利用AES分析研究了经不同腐蚀所引起的n-(100)GaAS表面化学组分的差异,同时应用C-V法、I-V法和G-V法测量了在不同化学组分的n-GaAs表面上电镀形成的Ni/n-GaAs肖特基二极管的主要物理参数和Ni/n-GaAs的界面态的位置,俘获截面积及其界面态密度.研究结果表明,n～GaAs表面化学组分的不同直接影响肖特基势垒的高度、结的陡度、结附近载流子浓度分布、理想因子和饱和电流密度等.找到了最佳的腐蚀条件,获得了接近理想的肖特基结;同时还观察到Ni/n-GaAs界面中存在两种类型的界面态:其一界面态密度低,俘获截面积大;其二界面态密度高,俘获截面积小.这两种界面态与肖特基结的性能和势垒形成或费米能级钉扎密切相关.三种不同组分表面的Ni/n-GaAs界面费米能级钉扎的位置在禁带中几乎相同.     

用于GaAs数字IC的难熔栅自对准技术研究

本文用直流磁控溅射方法在离子注入n型GaAs衬底上制备了WSi_xN_y难熔金属膜,研究了它的热稳定性、界面和势垒特性.同时对WSi_(0.6),W,WN等难熔栅金属膜也进行了研究.AES和SIMS分析表明,WSiN/GaAs的界面通过1000℃,10秒钟快速退火(RTA)或850℃,20分钟常规炉退火处理仍保持稳定,势垒高度达到0.8V,理想因子n=1.1.制作了WSiN栅自对准(SAG)增强和耗尽型MESFET.其跨导分别为154mS/mm和250mS/mm.用这一工艺制作的运放差分输入电路从直流到1千兆赫增益达29.5dB.     

两种不同结构n型GaN基肖特基二极管电学特性

实验研究了两种由ICP刻蚀不同结构的n型GaN材料与金属接触形成的肖特基二极管的I-V特性,分析计算了GaN基肖特基二极管的势垒高度和理想因子。研究发现n型GaN半导体材料表面费米能级钉扎,且费米能级的钉扎对n型GaN材料表面的金半接触所形成的肖特基势垒高度起决定性作用;结果表明表面经过ICP刻蚀后,n型GaN表面的氧化层消除,价带中态密度增多,有利于载流子的遂道效应与金属较易形成欧姆接触。     

溅射ZnO薄膜钝化GaAs表面性能的研究

为了改善GaAs(110)与自身 氧化物界面由于高表面态密度而引起的费米能级钉扎(pinning)问题 ,提出采用射频磁控溅射技 术在GaAs(110)衬底上沉积一定厚度 ZnO薄膜作为钝化层,并利用光 致发光(PL)光谱和X射线光电子能谱(XPS) 等方法对ZnO薄膜的光学特性及钝化性能进行表征。实验结果表明,经ZnO薄膜钝化后的 GaAs样品,其本征PL峰强度提高112.5%,杂质峰强度下降82.4%。XPS光谱分析表明,Ga和As原子的比值从1.47降低 到0.94,ZnO钝化层能 够抑制Ga和As的氧化物形成。因此,在GaAs表面沉积ZnO薄膜是一种可行的GaAs表面钝化 方法。     

用热激电流法测定硅-二氧化硅的界面态

用热激电流法测量了MOS及MNOS界面态.所测得的界面态密度分布与用准静态法测得的结果有不同之处在于:界面态密度在近带边时是减小的.这是由于界面态俘获截面在带边处急剧下降的关系,热激电流法测不到这部分界面态.在P型衬底MOS中在价带上 0.3 eV处有一分立能级,禁带中央处密度很小.部分n型样品在多次测量后产生一个新的能级,位置在导带下0.4eV处.有些n型样品在高反偏压下出现新的分立能级;有一批样品,其分立能级的激活能随偏压变化.这些能级可能与氧化层缺陷有关.     

金属/Ⅲ-Ⅴ族半导体界面费米能级的位移

本文详细地叙述了金属/GaAs和金属/GaSb界面,在极低复盖度(亚单层至几个单层)下的费米能级位移的实验结果,并应用缺陷能级密度随金属复盖度的增加而增加的模型进行理论计算,计算结果与实验曲线相吻合。     

第一性原理计算硼和氮原子对石墨烯光电性能的调制（英文）

通过设计B和N原子取代碳原子,可以实现对石墨烯性能的调制.结果显示,石墨烯的带隙被打开,狄拉克锥在费米能级上上下移动,类似于对其进行p型或n型掺杂.在费米能级处电子态存在,电荷从杂质转移到C原子上或者从碳原子转移到杂质上.静态介电函数ε_1(0)增大,在对应可见光及其以下的能量区域出现了新的吸收峰.由于B或N的掺杂,使得石墨烯中等离子体激发减少,导致了电子能量损失函数峰值的减少.只有一个明显的峰值与本征石墨烯最高峰的位置相同,但是峰值的高度显著增加.     

第一性原理计算硼和氮原子对石墨烯光电性能的调制

通过设计B和N原子取代碳原子,可以实现对石墨烯性能的调制.结果显示,石墨烯的带隙被打开,狄拉克锥在费米能级上上下移动,类似于对其进行p型或n型掺杂.在费米能级处电子态存在,电荷从杂质转移到C原子上或者从碳原子转移到杂质上.静态介电函数ε_1(0)增大,在对应可见光及其以下的能量区域出现了新的吸收峰.由于B或N的掺杂,使得石墨烯中等离子体激发减少,导致了电子能量损失函数峰值的减少.只有一个明显的峰值与本征石墨烯最高峰的位置相同,但是峰值的高度显著增加.     

WSi_x/n-GaAs肖特基势垒特性研究

本文对WSi_x/n-GaAs肖特基势垒进行了性能研究。用复合靶溅射和双靶分层溅射的方法在n型GaAs上淀积WSi_x膜。通过饿歇电子谱(AES)和卢瑟福背散射(RBS)等方法分析了WSi_x的化学配比和高温退火前后WSi_x/n-GaAs界面的变化,利用电流电压法(I—V)对肖特基结进行了二极管测试。发现对复合靶样品,x=0.3～2.5,势垒高度φB在0.66～0.70伏范围内,n为1.01。双靶样品结果也相近。950℃退火后WSi_x膜保持完好。     

MOS器件辐照引入的界面态陷阱性质

通过分析总剂量辐照产生的界面陷阱的施主和受主性质 ,用半导体器件模拟软件 Medici模拟了NMOS、PMOS器件加电下辐照后的特性。结果表明 ,对于 NMOSFET,费米能级临近导带 (N沟晶体管反型 )时 ,受主型界面态为负电荷 ,施主型界面态陷阱为中性 ,使界面态陷阱将引起的阈值电压漂移 ;而对 PMOSFET,当费米能级临近价带 (P沟晶体管反型 )时 ,施主型界面态陷阱带正电荷 ,受主型界面态陷阱为中性 ,界面态陷阱将引起负的阈值电压漂移。理论模拟的转移特性与测试结果吻合。文中从器件工艺参数出发 ,初步建立了总剂量电离辐照模型 ,该模型对于评估器件总剂量加固水平提供了一种理论方法     

传输矩阵法在多量子阱红外探测器结构设计中的应用

采用传输矩阵法对多量子阱结构导带子能级位置进行理论计算,确定其量子阱宽度、势垒高度等物理参数.用MBE设备进行GaAs/AlGaAs 多量子阱红外探测器结构材料的生长.利用傅里叶变换红外光谱仪对所制作的器件进行了光谱测量,不同外延材料的对比实验结果表明,器件的峰值响应波长与理论计算结果吻合较好;由传输矩阵法计算确定的多量子阱导带子能级位置而推算得到的响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性.     

a-Si(H)太阳电池最佳结构的一些理论计算

非晶硅太阳电池本征层厚度和费米能级位置是影响电池性能的两个重要物理参量.本文从理论上计算出PIN结内建场与本征层厚度和费米能级位置的关系.计算结果表明:为保证光生载流子的有效收集,当隙态密度为10~(17)cm~(-3)eV~(-1)时,本征层最佳厚度为0.5μm,费米能级位置偏离能隙中心不能超过0.2eV.