原子层沉积Al_2O_3/n-GaN结构的深能级界面态研究

基于与传统方法不同的物理过程,利用光辅助高频电容-电压(C-V)法研究了原子层沉积的Al_2O_3/nGaN界面的深能级缺陷态分布。无光照条件下的C-V曲线表现出典型的深耗尽行为,这主要由极长的深能级电子发射时间和极慢的少子热产生速率决定,可看作向正偏压方向平移了的理想电容曲线。在深耗尽状态下背入射365nm的紫外光后,大量的光生空穴有效地复合准费米能级以上的界面被陷电子,并允许电子在偏压扫描回积累区的过程中逐渐填充这些被排空的界面态,导致C-V曲线发生形变。基于上述物理过程,获得了一个快速衰减的界面态能级分布:从导带底至以下0.8eV,态密度从2.5×10~(12)cm~(-2)eV~(-1)减小至9×10~(10)cm~(-2)eV~(-1)。     

基于磷钝化栅介质的1.2kV 4H-SiC DMOSFET

本文对比了NO退火和磷掺杂两种栅钝化工艺,其中磷钝化采用了平面扩散源进行掺杂,通过C-V特性进行了4H-SiC/SiO₂界面特性评价,使用Terman法分析计算获得距导带底0.2-0.4eV范围内界面态密度.结果表明引入磷比氮能更有效降低界面态密度,提高沟道载流子迁移率.其次,对比了两种栅钝化工艺制备的4H-SiC DMOSFET器件性能,实验表明采用磷钝化工艺处理的器件性能更优.最后,基于磷掺杂钝化工艺首次制备出击穿电压为1200V、导通电阻为20mΩ、漏源电流为75 A、阈值电压为2.4V的4H-SiC DMOSFET.     

氮气或氧气气氛退火的氧化铪材料电荷泄漏情况研究

本文中, 使用开尔文探针显微镜,研究了不同退火气氛(氧气或氮气)情况下氧化铪材料的电子和空穴的电荷保持特性。与氮气退火器件相比,氧气退火可以使保持性能变好。横向扩散和纵向泄露在电荷泄露机制中都起了重要的作用。 并且,保持性能的改善与陷阱能级深度有关。氮气和氧气退火情况下,氧化铪存储结构的的电子分别为0.44 eV, 0.49 eV,空穴能级分别为0.34 eV, 0.36 eV。 最后得到,不同退火气氛存储器件的电学性能也与KFM结果一致。对于氧化铪作为存储层的存储器件而言,对存储特性的定性和定量分析,陷阱能级,还有泄漏机制研究是十分有意义的。     

强激光下4H-SiC晶体电子特性的第一性原理研究

为了研究4H-SiC晶体在强激光辐照下电子特性及其变化,采用基于密度泛函微扰理论的第一性原理赝势的方法,对纤锌矿4H-SiC晶体在强激光照射下的电子特性的变化进行了理论分析和实验验证。结果表明,电子温度T_e在0eV~2.75eV范围内时,4H-SiC仍然是间接带隙的半导体晶体;当电子温度T_e升高达到并超过3.0eV以上时,4H-SiC变为直接带隙的半导体晶体;电子温度T_e在0eV~2.0eV变化时,带隙值随电子温度升高而增大;电子温度T_e在2.0eV~3.5eV变化时,带隙值随电子温度T_e的升高而迅速地减小;当电子温度T_e高于3.5eV以后,带隙已经消失而呈现出金属特性。该研究对制作4H-SiC晶体特殊功能电子元件是有帮助的。     

电子激发高空大气辐射模拟装置的研制及初步应用

地球大气组分与高能电子之间的电荷交换和能量传递在极光和气辉等高空大气发光现象中扮演着重要角色。通过搭建基于真空系统的电子激发高空大气辐射地面模拟装置,验证了高能电子对高空中性大气的电离激发及其辐射跃迁机制。该装置可实现从10² Pa过渡到10^-3 Pa超过5个量级的真空梯度、10²～10³ eV能量范围内的电子加速聚焦以及近紫外-可见光-近红外波段的宽光谱测量。将该模拟装置初步应用于N₂和O₂的电子激发实验,比较了大气中两种主要成分的谱线分布特征,发现激发光谱强度与电子能量成正相关,且在相同条件下N₂的激发光谱强度远大于O₂。利用单组分气体的已知光谱带系标定了实际大气的电子激发光谱,结果表明实际大气与纯N₂的激发光谱分布趋于一致但强度有所下降。初步测试与应用表明该装置可用于模拟高能电子沉降过程中与中高层大气组分的碰撞激发反应。     

氮钝化SiC MOS界面特性的Gray-Brown法研究

降低SiO2/SiC界面态密度,尤其是SiC导带附近的界面态密度,是SiC MOS器件研究中的关键技术问题。采用氮等离子体钝化处理SiO2/SiC界面,制作成MOS电容后通过I-V和低温C-V测试进行氧化膜击穿特性及界面特性评价。氧化膜击穿电场为9.92MV/cm,SiO2与SiC之间的势垒高度为2.69eV。使用Gray-Brown法结合Hi-Lo法分析C-V曲线,获得了距导带底EC0.05～0.6eV范围内的界面态分布,其中距EC0.2eV处的界面态密度降低至1.33×1012cm-2eV-1。实验结果表明,氮等离子体处理能有效降低4H-SiC导带附近的界面态密度,改善界面特性。     

薄二氧化硅MOS电容电离辐射陷阱电荷研究

采用高频C-V曲线方法,研究了50nm及15nm MOS电容电离辐射空穴陷阱及界面态的建立过程.二种样品电离辐射空穴陷阱电荷密度在1×103Gy(Si)剂量下近乎相同,而在大于3×103Gy(Si)剂量下,50nm MOS电容的电荷密度约为15nm MOS电容的2倍.利用电离辐射后的隧道退火效应,计算出二种样品电离辐射陷阱电荷在Si-SiO2界面附近分布的距离均约为4nm.     

氧化后退火技术对SiO2/4H-SiC界面态密度的影响

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)低温处理和高温快速退火的技术,研究了退火条件对SiO2/4H-SiC界面态密度的影响.在n型4H-SiC外延片上高温干氧氧化50 nm厚的SiO2层并经N2原位退火,随后在PECVD炉中对样品进行350℃退火气氛为PH3,N2O,H2和N2的后退火处理,之后进行高温快速退火,最后制备Al电极4H-SiC MOS电容.I-V和C-V测试结果表明,各样品的氧化层击穿场强均大于9 MV/cm,PH3处理可以降低界面有效负电荷和近界面氧化层陷阱电荷,但PH3处理样品的界面态密度比N2O处理的结果要高.经N2O氛围PECVD后退火样品在距离导带0.2和0.4 eV处的界面态密度分别约为1.7× 1012和4×1011eV-1·cm-2,有望用于SiC MOSFET器件的栅氧处理.     

量子点电致发光器件发光层能级变化与驱动电压的关系研究

以量子点电致发光器件(QLED)中能级分布和载流子浓度的关系为理论基础,研究了QLED发光层能级变化与驱动电压的关系,建立了数学模型.以CdSe/ZnS核壳结构量子点为发光层,计算了器件正常发光时的阈值电压,分析了电流密度与量子点中电子准费米能级与空穴准费米能级之差的关系.结果表明,当驱动电压大于9.8V时,CdSe/ZnS中电子的准费米能级与空穴的准费米能级之差大于1.03 eV,量子点电致发光器件正常发光;理论模型证实由于电子在发光层与电子传输层界面的大量积聚,导致淬灭发生,降低发光效率.     

退火温度对Au/Ti/4H-SiC肖特基接触特性的影响

采用电子束蒸发法在4H-SiC表面制备了Ti/Au肖特基电极,研究了退火温度对Au/Ti/4H-SiC肖特基接触电学特性的影响.对比分析了不同退火温度下样品的电流密度-电压(J-V)和电容-电压(C-V)特性曲线,实验结果表明退火温度为500℃时Au/Ti/4H-SiC肖特基势垒高度最大,在.J-V测试和C-V测试中分别达到0.933 eV和1.447 eV,且获得理想因子最小值为1.053,反向泄漏电流密度也实现了最小值1.97×10-8 A/cm2,击穿电压达到最大值660 V.对退火温度为500℃的Au/Ti/4H-SiC样品进行J-V变温测试.测试结果表明,随着测试温度的升高,肖特基势垒高度不断升高而理想因子不断减小,说明肖特基接触界面仍然存在缺陷或者横向不均匀性,高温下的测试进一步证明肖特基接触界面还有很大的改善空间.     

固体C_(70)/Si异质结的界面电子态

用深能级瞬态谱和高频电容 -电压技术研究了固体 C70 /Si异质结的界面电子态 .研究结果表明在 C70 /Si的界面上明显存在三个电子陷阱 Eit1( 0 .1 94)、Eit2 ( 0 .2 62 ) ,Eit3( 0 .40 7)和一个空穴陷阱 Hit1( 0 .471 ) ,以及在 C70 /Si界面附近存在着固体 C70 的电子和空穴陷阱引起的慢界面态 .结果还表明 C70 膜的生长温度对 C70 /Si的电学性质有重大影响 ,2 0 0℃生长的 C70 /Si界面远优于室温生长的     

微波退火对高k/金属栅中缺陷的修复

研究了微波退火(MWA)对高k/金属栅中缺陷的修复作用。在频率为1和100 kHz下,对所有Mo/HfO2/Si(100)金属-绝缘体-半导体(MIS)结构样品进行C-V特性测试。通过在频率为100 kHz下测量的C-V特性曲线提取出平带电压与电压滞回窗口,从而估算出高k/金属栅中固定电荷密度和电荷陷阱密度,并用Terman方法计算出快界面态密度。通过研究在频率为1 kHz下测量的C-V特性曲线扭结,定性描述高k/金属栅中的慢界面态密度。结果表明,微波退火后,固定电荷、电荷陷阱、快界面态和慢界面态得到一定程度的修复。此外,和快速热退火相比,在相似的热预算下,微波退火可修复高k/金属栅中更多的固定电荷、慢界面态和电荷陷阱。但对于快界面态的修复,微波退火没有明显的优势。     

偏压应力下SiC/SiO2界面间隙碳缺陷的结构和电学性质演变

SiC栅氧近界面碳缺陷是SiC MOSFET器件在偏压应力下可靠性劣化的主要根源。间隙碳缺陷Si2-C=O(Ci1)和O-C=C-O(Ci2)被认为是构成SiC/SiO₂界面缺陷能级的重要源头之一。基于第一性原理密度泛函理论,研究了不同外部电场对SiC/SiO₂界面处间隙碳缺陷的结构和电学性质的影响。结构键长键角计算结果表明,电场对缺陷Ci1和Ci2的结构影响较小,但施加电场后两种缺陷的形成能均减小,说明偏压应力更有助于这两种缺陷的形成。电荷态密度计算结果表明,不同大小和方向的偏压应力(电场)会改变Ci1和Ci2的缺陷能级位置。上述作用诠释了界面缺陷产生偏压应力不稳定问题的物理机制。     

YON界面钝化层改善HfO2/Ge界面特性的研究

本文采用YON界面钝化层来改善HfO₂栅介质Ge metal-oxide-semiconductor（MOS）器件的界面质量和电特性.比较研究了两种不同的YON制备方法：在Ar+N₂氛围中溅射Y₂O₃靶直接淀积获得以及先在Ar+N₂氛围中溅射Y靶淀积YN再于含氧氛围中退火形成YON.实验结果及XPS的分析表明,后者可以利用YN在退火过程中先于Ge表面吸收从界面扩散的O而氧化,从而阻挡了O扩散到达Ge表面,更有效抑制了界面处Ge氧化物的形成,获得了更优良的界面特性和电特性：较小的CET（1.66 nm）,较大的k值（18.8）,较低的界面态密度（7.79×10¹¹ eV^-1cm^-2）和等效氧化物电荷密度（-4.83×10¹² cm^-2）,低的栅极漏电流（3.40×10^-4 A/cm²@V_g=V_fb+1 V）以及好的高场应力可靠性.     

影响Ar~+激光再结晶多晶硅/二氧化硅界面性质的因素

本文就Ar~+激光辐照功率、衬底温度等因素对SOI结构再结晶多晶硅/二氧化硅界面性质的影响进行研究,利用高频和准静态C-V技术测量该界面氧化物固定电荷密度N_t和界面态陷阱密度N_(it),用平面和剖面TEM分析再结晶多晶硅膜的结构特性,我们发现当衬底温度为 320℃和420℃时存在一个功率窗口 6.0～6.2W.     

6H-SiC埋沟MOSFET的C-V解析模型研究

研究了6H-SiC埋沟MOSFET器件的电容-电压特性,建立了解析模型.具体分析了埋沟MOSFET各种工作模式下的电容与栅电压之间的关系,考虑了SiO2/SiC界面态及pn结对电容-电压特性的影响.对模型进行了仿真分析验证,结果表明:在假设界面态密度分布均匀条件下,由于对界面态做了简化处理,因而在耗尽模式及夹断模式下的C-V特性计算结果与实验结果有所差异.     

Ga_(0.47)In_(0.53)As/SiO_2与Ga_(0.47)In_(0.53)As/Al_2O_3的界面性质

本文研究了GaInAs/SiO_2与GaInAs/Al_2O_3的界面性质.采用PECVD技术以TEOS为源以及采用MOCVD技术以Al(OC_3H_1)_3为源在n~+-InP衬底的n-Ga_(0.47) In_(0.33)As外延层上淀积了/SiO_2和Al_2O_3,制备成MIS结构.结果表明这些MIS结构具有良好的C-V特性,SiO_2/GaInAs界面在密度最低达 2.4×10~(11)cm~2·eV~(?),氧化物陷阱电荷密度达10~(?)～10~(10)cm~2,观察到GaInAs/SiO,结构中的深能级位置为E_c-E_T=0.39eV.GaInAs/Al_2O_3结构中的深能级位置为E_c=E_T=0.41eV.     

SiO2/4H-SiC界面氮化退火

通过1 300℃高温干氧热氧化法在n型4H-SiC外延片上生长了厚度为60 nm的SiO2栅氧化层.为了开发适合于生长低界面态密度和高沟道载流子迁移率的SiC MOSFET器件产品的栅极氧化层退火条件,研究了不同退火条件下的SiO2/SiC界面电学特性参数.制作了MOS电容和横向MOSFET器件,通过表征SiO2栅氧化层C-V特性和MOSFET器件I-V特性,提取平带电压、C-V磁滞电压、SiO2/SiC界面态密度和载流子沟道迁移率等电学参数.实验结果表明,干氧氧化形成SiO2栅氧化层后,在1 300℃通入N2退火30 min,随后在相同温度下进行NO退火120 min,为最佳栅极氧化层退火条件,此时,SiO2/SiC界面态密度能够降低至2.07×1012 cm-2·eV-1@0.2 eV,SiC MOSFET沟道载流子迁移率达到17 cm2·V-1·s-1.     

1200 V SiC MOSFET重复非钳位感性开关测试的退化机制研究

为了研究1200 V SiC MOSFET在重复非钳位感性开关(Unclamped-Inductive-Switching, UIS)应力下的电学参数退化机制，基于自行搭建的UIS实验平台以及Sentaurus仿真设计工具，首先深入分析了重复UIS测试后器件静态参数与动态参数的退化；接着基于FN隧穿公式对栅极漏电流数据进行拟合，得到随着UIS测试次数增加SiC/SiO₂界面的势垒高度从2.52 eV逐渐降低到2.06 eV;最后解释了SiC MOSFET在重复UIS测试后的电流输运过程。结果表明，在重复雪崩应力的作用下，大量的正电荷注入至结型场效应管区域上方的栅极氧化层中，影响了该区域的电场分布以及耗尽层厚度，导致被测器件(Device Under Test, DUT)的导通电阻、漏源泄漏电流、电容特性等电学参数呈现出不同程度的退化，并且氧化物中的正电荷的积累也使电子隧穿通过栅介质的电流得到了抬升。     

(NH4)2S硫化后ZnS/InP界面的电学特性

在(NH4)2S硫化后的n-型InP衬底上热蒸发ZnS薄膜制得Au/ZnS/InP(100)MIS器件，测得了其I-V特性曲线以及3MHz下的高频C-V曲线和100Hz下的准静态C-V曲线从这些曲线得到如下结果：正向饱和电流为7e-13A; ZnS钝化下经硫化的n-型InP表面的固定电荷密度为-2.28e11/cm2；禁带中的最低表面态密度约为1e12cm-2·eV-1. 上述结果表明经硫化后的ZnS/InP界面具有良好的界面特性.