金属-半导体界面与肖特基势垒

本文主要评述关于肖特基势垒、半导体表面态和金属-半导体界面的实验研究和近年来的进展。第一部分介绍肖特基势垒的基本理论,实验方法和测量结果。第二部分介绍半导体表面态的实验研究,主要是用光电子能谱获得的成果。第三部分介绍近年来关于肖特基势垒和金属-半导体界面的一些研究进展。文中着重介绍美Stanford大学Spicer研究组的一系列贡献。     

目前金属-半导体肖特基势垒形成机理的新进展

关于金属一半导体接触问题,在一百多年前布朗（Braun）首先发现硫化铜和硫化铁之类的金属和半导体接触时的单向导电性．虽然当时人们对单向导电性的机理并不了解,但是这种接触还是很快地广泛用作无线电的探测器．为了说明这个单向导电性的机理,1938年肖特基（Schottky）和莫特（Mott）各自独立地提出过关于电子通过正常的漂移和扩散过程越过势垒的问题．按两位学者的模型,势垒的出现是由金属和半导体之间的功函数之....     

硅基双势垒金属-绝缘层-金属-绝缘层-半导体隧道发光结

讨论了硅基双势垒金属－绝缘层－金属－绝缘层－半导体（MIMIS）隧道发光结的结构、制备方法及发光特性。所制备的样品最大发光亮度达到1．9cd/m^2、光谱的峰值波长移到了蓝绿光区，表明双势垒MIMIS隧道发光结的性能优于单势垒金属－绝缘层－半导体（MIS）隧道发光结。利用量子力学的共振隧穿效应对它作了较好的解释。     

金属-半导体接触效应

一、研究的意义和历史金属－半导体接触效应的研究,无论从半导体器件的研制和生产,或是界面物理学的发展来说,都是一个相当重要的基本课题．最早的点接触整流器、光电探测器,第一只晶体管的注入极和集电极,都是直接和金属－半导体的点接触效应相关的．人们为了解这个效应的物理机制,也是首先从这里考虑表面态的作用．当对这个效应详细的物理机制还不清楚的时候,要稳定和提高这类器件的性能就缺乏明确的指导．pｎ结型器件....     

SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性

采用金属有机分解法在p型Si衬底上制备了SiTiO3(STO)薄膜.研究了STO薄膜金属-绝缘体-半导体(MIS)结构的介电和界面特性.结果表明,STO薄膜显示出优异的介电性能,在10kHz处的介电常数约为105,损耗低于0.01,这来源于多晶结构和良好的结晶性;MIS结构中的固定电荷密度Nf和界面态密度Dit分别约为1.5×1012cm-2和(1.4-3.5)×1012 cm-2 eV-1,这主要与Si/STO界面处形成的低介电常数界面层有关.     

金属-半导体超晶格中界面电荷的生成机理

采用LMTO ASA能带计算方法，研究(Si₂)₃ (2Al) ₆ (001),(Ge₂)₃ (2Al) ₆ (001),(Ge₂)₃ (2Au) ₆ (001)和(Ge₂)₃ (2Ag) ₆ (001)超晶格中半导体界面电荷Qss的生成机理，结 关键词： Schottky势垒 界面电荷     

单壁碳纳米管中的金属-半导体转变与对称性

报道了最近作者对受压扶手椅形单壁碳纳米管中的金属-半导体转变机理的理论研究。这种转变在两种因素的共同作用下得以发生，即外加压力造成碳纳米管镜像对称破缺，以及被压碳纳米管两侧原子发生成键相互作用．作者还进一步揭示了发生这种转变的普遍机制：只要将单壁碳纳米管中两套原来等价的子晶格变得可以区分(对称性破缺)，在费米能附近就会产生能隙．     

SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性

采用金属有机分解法在p型Si衬底上制备了SrTiO3（STO）薄膜.研究了STO薄膜金属 绝缘体 半导体(MIS)结构的介电和界面特性.结果表明，STO薄膜显示出优异的介电性能，在10kHz处的介电常数约为105，损耗低于001，这来源于多晶结构和良好的结晶性；MIS结构中的固定电荷密度Nf和界面态密度Dit分别约为15×1012cm-2和(14—35)×1012cm-2eV-1，这主要与Si/STO界面处形成的低介电常数界面层有关. 关键词： SrTiO3薄膜 MIS结构 介电性能 Si/STO界面     

铝-金刚石界面电子特性与界面肖特基势垒的杂化密度泛函理论HSE06的研究

宽带隙半导体金刚石具有突出的电学与热学特性,近年来,基于金刚石的高频大功率器件受到广泛关注,对于金属-金刚石肖特基结而言,具有较高的击穿电压和较小的串联电阻,所以金属-金刚石这种金半结具有非常好的发展前景.本文通过第一性原理方法去研究金属铝-金刚石界面电子特性与肖特基势垒的高度.界面附近原子轨道的投影态密度的计算表明:金属诱导带隙态会在金刚石一侧产生,并且具有典型的局域化特征,同时可以发现电子电荷转移使得Fermi能级在金刚石一侧有所提升.电子电荷在界面的重新分布促使界面形成新的化学键,使得金属铝-氢化金刚石形成稳定的金半结.特别地,我们通过计算平均静电势的方法得到金属铝-氢化金刚石界面的势垒高度为1.03 eV,该值与金属诱导带隙态唯像模型计算的结果非常接近,也与实验值符合得很好.本文的研究可为金属-金刚石肖特基结二极管的研究奠定理论基础,也可为金刚石基金半结大功率器件的研究提供理论参考.     

ZnO肖特基势垒紫外探测器

以p-Si(111)为衬底,用水热法首次制得六棱微管ZnO。并以此为有源区利用平面磁控溅射技术沉积得到Ag叉指状电报,从而制作了Ag／n-ZnO肖特基势垒结紫外探测器。对该紫外光探测器的暗电流和365nm波长光照下的光电流、光响应和量子效率进行了测试。测试结果表明：Ag和ZnO六棱管间已形成肖特基接触．其有效势垒高度为0．35eV。无光照时,暗电流很小,当用λ=365nm的光照射Ag/n-ZnO肖特基结时．在5．9V偏压时,光生电流分别为25．6,57．9μA。Ag／n-ZnO紫外探测器有明显的光响应特性和较高的量子效率,在366nm波长处,光响应度达到最大值0．161A／W,量子效率为54．7％。     

肖特基势垒形成的研究

金属－半导体接触的整流性质是一个古老的固体物理问题．它的发现可追溯到１８７４年Ｂｒａｕｎ对金属－硫化铜接触的导电性质的研究．Ｓｃｈｏｔｔｋｙ（肖特基）最早系统地研究了金属－半导体接触,他指出,接触的整流性质是来自接触附近半导体内形成的势垒．后来,人们常把金属－半导体接触形成的势垒称为肖特基势垒．关于肖特基势垒形成的理论,最早由Ｓｃｈｏ－ｔｔｋｙ,Ｍｏｔｔ等人提出．１９４７年Ｂａｒｄｅｅｎ把半?...     

肖特基结的制备与势垒测量

采用磁控溅射方法在Nb07％-SrTiO3基片上制作Au薄膜接触,并在氧气气氛下750℃退火30 min,在室温环境下测量电流电压和电容电压等特性曲线,观测整流特性,根据相应实验数据采用饱和电流法、电容C-2与反偏电压V成线性关系计算肖特基势垒的大小.     

金属-氧化物-半导体场效应管辐射效应模型研究

基于氧化层陷阱电荷以及界面陷阱电荷的产生动力学以及辐射应力损伤的微观机理,推导出了金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)中辐射应力引起的氧化层陷阱电荷、界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量之间定量关系的模型. 根据模型可以得到:低剂量情况下,氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量成正比;高剂量情况下,氧化层陷阱电荷导致的阈值电压漂移量发生饱和, 其峰值与辐射剂量无关,界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量呈指数关系. 另外,模型还表明氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷在不同的辐射剂量点开始产生饱和现象, 其中界面陷阱电荷先于氧化层陷阱电荷产生饱和现象.最后,用实验验证了该模型的正确性. 该模型可以较为准确地预测辐射应力作用下MOSFET的退化情况.     

GaAs-绝缘薄膜界面和金属-绝缘薄膜-半导体(MIS)结的特性

对Si-SiO2系统广泛而深入的研究和器件的平面技术的发展,导致了Si金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSPET)及其集成电路(IC)的辉煌成就.GaAs的电子迁移率比Si高五倍多,预期GaAs金属-绝缘薄膜-半导体场效应晶体管(MISFET)可工作于更高频率,其IC可应用于更高速度.以往十多年,对GaAs-绝缘薄膜界面和MIS结的特性进行了研究(见文献[1]),取得了一定成果,但因研究对象相当复杂,还未能在FET及其IC方面取得突破.与此同时,对GaAs的金属-半导体(M-S)界面和结的特性也进行了研究,目前已在一系列GaAs微波器件包括金属-半导体接触场效应…     

Ba-La-Cu-O体系的金属-半导体转变和超导电性

测量了名义组分为 BaxLa_(5-x)Cu_5O_(5(3-y))(x=0,0.25,0.5,1.0,1.25,1.5; y>0)的系列样品电阻-温度关系。发现:对x=0的二元氧化物,其电子输运呈典型的半导体特征;随着Ba的掺入以及含Ba量的增加,系统经历了半导体-半金属-金属(超导体)转变,并且其超导临界温度Tc也单调地升高。根据Mattheiss及Freeman等人的能带计算结果,在电声子强耦合的框架里对上述现象作了定性的解释。本文作者认为:二价Ba的掺入抑制了晶格的不稳定性,稳定了超导相。     

IrSi肖特基势垒红外图象传感器

已经研制成功有512×512元的IrSi肖特基势垒红外图象传感器。该器件使用电荷扫借器件(CSD)结构。采用的探测器是截止波长为7.3μm的IrSi/p—Si肖特基势垒(SB)二极管。为了减少热产生的暗电流,器件致冷到62K。器件按NTSC帧速(30帧/秒)工作。本文用实例对应用这种器件的热成象系统予以说明。     

金属-绝缘体-半导体(MIS)太阳电池原理简介

ＭＩＳ太阳电池由金属－半导体结构成,利用金属－半导体结的肖特基势垒（ＳＢ）产生内场来分离光生载流子．它和ｐ－ｎ结太阳电池相比,有如下一些优点：（１）制结快速、容易,不需高温．同时,因为是表面结,所需基片较薄,所以材料及能量消耗均较少．（２）在电池作用区避免了高温扩散引起的晶格损伤和少子寿命退化,减小了体区载流子复合．（３）延长到硅表面的电场,有助于收集短波光生少子,避免了多数ｐ－ｎ结太阳电池?...     

吸收增强的光栅型金属-半导体-金属光电探测器的优化设计

针对可见光通信对硅基光电探测器高响应度的要求,本文利用亚波长金属光栅的异常光学透射现象,提出一种增强与硅基CMOS工艺兼容的金属-半导体-金属光电探测器吸收的方法。采用时域有限差分法,详细分析了光栅周期、光栅高度和狭缝宽度对探测器吸收性能的影响,证明了类法布里-珀罗共振和表面等离子体激元是吸收增强的物理起源。对于波长615 nm的红光通信而言,探测器金属光栅的最佳周期、最佳高度和最佳狭缝宽度分别为580,91,360 nm。与没有亚波长金属光栅结构的探测器相比,本文设计的探测器吸收系数提高了32%。本文研究的MSM探测器结构与CMOS工艺完全兼容,有望在可见光通信芯片中得到实际应用。     

拓扑半金属-超导体异质结的约瑟夫森效应

拓扑半金属是一类受对称性保护的无能隙量子材料.因其相对论性能带色散关系,拓扑半金属中涌现出丰富的量子态和量子效应,例如费米弧表面态和手征反常.近年来,因在拓扑量子计算的潜在应用,拓扑与超导的耦合体系受到广泛关注.本文从两方面回顾拓扑半金属-超导体异质结体系近年来的实验进展:1)超导电流对拓扑量子态的模式过滤; 2)拓扑超导和Majorana零能模的探测与调控.对于前者,利用约瑟夫森电流对电磁场的响应,拓扑半金属中费米弧表面态的弹道输运被揭示,高阶拓扑半金属相被证实,有限动量配对及超导二极管效应被实现.对于后者,通过交流约瑟夫森效应,狄拉克半金属中4π周期的拓扑超导态被发现,纯电学栅压调控的拓扑相变被实现.本文最后展望了拓扑半金属-超导体异质结体系的发展前景和在Majorana零能模编织和拓扑量子计算上的潜在应用.     

金属超微粒子-半导体薄膜的光学瞬态响应

利用飞秒脉冲激光和泵浦 探测技术测量了金属超微粒子 半导体复合薄膜Ａｇ-ＢａＯ的瞬态光学透过率随延迟时间的变化曲线，观察到了薄膜对光的吸收漂白现象，并在不到２ｐｓ时间内恢复．该现象是薄膜中金属超微粒子内费密能级附近电子被飞秒激光脉冲激发，产生非平衡电子而经历瞬态弛豫造成的．弛豫主要包括非平衡电子越过超微粒子和周围介质的界面位垒进入周围介质，以及非平衡电子同晶格和界面的散射两种过程．超微粒子粒径的差别会引起非平衡电子弛豫时间的差别 关键词：