石墨烯/硅光电探测器的I-V及C-V特性

设计并制备了基于石墨烯/n型硅肖特基结的光电探测器,并从能带角度研究和分析了其I-V及C-V特性。结果表明,石墨烯/氮化硅/硅(金属-绝缘层-半导体)电容器对器件的I-V及C-V特性有较大影响。在808nm近红外光的照射下,器件反向电流和正向电流大小接近,归因于氮化硅/硅界面堆积的光生空穴向石墨烯/硅肖特基结的扩散,器件光响应度为0.26A/W。基于热发射模型从I-V暗电流曲线提取的肖特基势垒高度及理想因子分别为0.859eV和2.3。利用肖特基二极管耗尽层电容公式从C~(-2)-V曲线提取的势垒高度随着频率的增加而增加并趋于稳定在0.82eV。由于界面态的影响,石墨烯/硅肖特基结耗尽层宽度随频率增加而增加,而硅施主原子的掺杂浓度及器件电容则随频率增加而减小。     

高温高压金刚石单晶生长界面的研究

 利用扫描电镜及Auger电子谱技术研究了高温高压下金刚石单晶生长界面的特性，观察到了金刚石单晶表面及金属膜表面的沟槽结构及金刚石-金属、金属-石墨两个主界面间的过渡层结构及界面间C原子电子组态的变化。     

MnSb/GaSb(001)界面半金属特性的第一性原理研究

利用密度泛函理论计算六角NiAs型和立方闪锌矿型MnSb的电子和电磁特性,研究闪锌矿MnSb与GaSb(001)界面,并采用广义渐变近似计算了交换-相关项．闪锌矿结构的MnSb具有半金属铁磁特性,单分子磁矩4μB,MnSb/GaSb(001)界面同样具有半金属特性．界面中Mn原子的磁矩减小,界面中Sb原子磁矩等于两个相应界面磁矩的平均值．另外计算了能带排列在异质结中价带偏移大约1.25 eV.     

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。     

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。     

有机半导体异质界面电荷传输解析模型研究

有机半导体多层薄膜器件的性质很大程度上由有机-有机界面的传输性质所决定，但是现有的关于有机-有机界面的分析模型很难适用于实际器件的模拟.以Miller-Abrahams跳跃传导理论为基础，充分考虑有机-有机界面和金属-有机界面性质的不同，建立了一个新的描述有机-有机异质界面电荷传输的解析模型.结果表明有机异质界面的载流子传输不仅取决于界面的肖特基势垒，而且还取决于界面附近两边的电场强度和载流子浓度.此模型可用于有机半导体多层薄膜器件的电流密度、电场分布和载流子浓度分布的自洽计算. 关键词： 有机半导体 界面 载流子传输     

外电场和双轴应变对MoSH/WSi2N4肖特基结势垒的调控

鉴于实验上最新合成的二维半导体材料WSi₂N₄(WSN)和二维金属材料MoSH(MSH),构建了金属-半导体MSH/WSN肖特基结.在实际的金属-半导体接触应用中,肖特基势垒的存在严重降低了器件的性能.因此,获得较小的肖特基势垒甚至是欧姆接触至关重要.本文使用第一性原理计算研究了在外电场和双轴应变作用下MSH/WSN肖特基结势垒的变化.计算结果表明,外电场和双轴应变均可以有效地调控MSH/WSN肖特基结势垒.正向外电场能实现MSH/WSN肖特基结p型与n型肖特基接触之间的动态转化,而负向外电场可实现MSH/WSN肖特基结向欧姆接触的转化.此外,较大的双轴应变可实现MSH/WSN肖特基结p型与n型肖特基接触的相互转化.此项工作为基于WSN半导体的肖特基功能器件及场效应晶体管提供理论指导.     

化合物半导体-绝缘体界面的界面态(续)

 三、界面态连续体的动态响应和分布多年来的大量研究结果表明把界面态处理为局域在半导体界面平面处的经典理论完全不能够解释化合物半导体-绝缘体界面的行为特点,从而使人们逐渐认识到界面态的空间分布特征.图3为半导体界面的能带结构示意图.在实际的I-S界面上,界面态是在绝缘体-半导体界面附近,在能量上和空间上的连续分布体(如图中点所示). 这里以n型半导体为例,通过绝缘体中的界面态对电子的捕获和发射过程说明界面态动态响应的特点.由于势垒△Ec的存在,空间分布的界面态与电子的作用只能依介量子力学的隧道效应得以进行.     

电场对graphene/InSe范德瓦耳斯异质结肖特基势垒的调控

半导体与金属接触是制作纳电子和光电子器件时非常重要的问题,接触类型对器件的功能实现和性能影响很大.为了制备高性能多功能化器件,就必须对界面处的势垒高度和接触类型进行调控.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了外电场作用下graphene/In Se范德瓦耳斯异质结的电子结构.计算结果表明异质结中的graphene和In Se保留了各自的本征电子性质,在界面处形成了欧姆接触.外电场可以有效调控graphene/In Se异质结中的肖特基势垒,不但可以调控肖特基势垒的高度,而且可以调控界面接触类型.外电场还可以有效调控graphene和In Se界面电荷转移的数量和方向.     

六角形散射子光子晶体的界面态

研究采用平面波展开加超元胞方法计算了正方格子六角形空气散射子二维光子晶体镜面对称异质结的界面态.经过研究发现,这种异质结界面态可以通过相对于界面横向拉开或者纵向错开而产生,并且调节到绝对带隙中成为传导模.界面态的个数和变化规律在很大程度上依赖于光子晶体异质结构的几何和物理参量.通过对比我们发现：与圆柱形散射子相比,在六角形散射子异质结中更易于产生传导模,但是比四方柱形散射子的情况要困难.     

掺杂对金属-MoS_2界面性质调制的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了卤族元素掺杂对金属-MoS_2界面性质的影响,包括缺陷形成能、电子能带结构、差分电荷密度以及电荷布居分布.计算结果表明:卤族元素原子倾向于占据单层MoS_2表面的S原子位置;对于单层MoS_2而言,卤族元素的掺杂将在禁带中引入杂质能级以及导致费米能级位置的移动.对于金属-MoS_2界面体系,结合Schottky-Mott模型,证明了卤族元素的掺杂可以有效地调制金属-MoS_2界面间的肖特基势垒高度.发现F和Cl原子的掺杂将会降低体系的肖特基势垒高度.相比之下,Br和I原子的掺杂却增大了体系的肖特基势垒高度.通过差分电荷密度和布居分布的分析,阐明了肖特基势垒高度的被调制是因为电荷转移形成的界面偶极矩的作用导致.研究结果解释了相关实验现象,并给二维材料的器件化应用提供了调节手段.     

Fermi Level Unpinning and Schottky Barrier Modification by Ti, Sc and V Incorporation at NiSi2/Si Interface

A new method is proposed to modify the Schottky barrier height （SBH） for nickel silicide/Si contact. Chemical and electrical properties for NiSi2/Si interface with titanium, scandium and vanadium incorporation are investigated by first-principles calculations. The metal/semiconductor interface states within the gap region are greatly decreased, which is related to the diminutions of junction leakage when Ti-cap is experimentally used in nickel silicide/Si contact process. It leads to an unpinning metal/semiconductor interface. The SBH obeys the Schottky-Mort theory. Compared to Ti substitution, the SBH for electrons is reduced for scandium and increases for vanadium.     

Electronic States and Schottky Barrier Height at Metal/MgO(100) Interfaces

Using an ab initio total energy approach, we study the electronic structure of metal/MgO(100) interfaces. By considering simple and transition metals, different adsorption sites and different interface separations, we analyze the influence of the character of metal and of the detailed interfacial atomic structure. We calculate the interface density of states, electron transfer, electric dipole, and the Schottky barrier height. We characterize three types of electronic states: states due to chemical bonding which appear at well defined energies, conventional metal-induced gap states associated to a smooth density of states in the MgO gap region, and metal band distortions due to polarization by the electrostatic field of the ionic substrate. We point out that, with respect to the extended Schottky limit, the interface formation yields an electric dipole mainly determined by the substrate characteristics. Indeed, the metal-dependent contributions (interfacial states and electron transfer) remain small with respect to the metal polarization induced by the substrate electrostatic field.     

Room Temperature Spin Accumulation Effect in Boron Doped Si Created by Epitaxial Fe<Subscript>3</Subscript>Si/<Emphasis Type="Italic">p</Emphasis>-Si Schottky Contact

To study spin-dependent transport phenomena in Fe₃Si/p-Si structures we fabricated 3-terminal planar microdevices and metal/semiconductor diode using conventional photolithography and wet chemical etching. I?V curve of prepared diode demonstrates rectifying behavior, which indicates the presence of Schottky barrier in Fe₃Si/p-Si interface. Calculated Schottky barrier height is 0.57 eV, which can provide necessary conditions for spin accumulation in p-Si. Indeed, in 3-terminal planar device with Fe₃Si/p-Si Schottky contact Hanle effect was observed. By the analysis of Hanle curves spin lifetime spin diffusion length in p-Si were calculated, which are 145 ps and 405 nm, respectively (at T = 300 K). Spin lifetime strongly depends on temperature which can be related to the fact that spin-dependent transport in our device is realized via the surface states. This gives a perspective of creation of spintronic devices based on metal/semiconductor structure without need for forming tunnel or Schottky tunnel contact.     

Electronic and interface state density distribution properties of Ag/p-Si Schottky diode

Electronic and interface state distribution properties of Ag/p-Si Schottky diode have been investigated. The diode indicates non-ideal current-voltage behavior with an ideality factor greater than unity. The capacitance-voltage (C-V) characteristic is linear in reverse bias indicating rectification behavior and charge density within depletion layer is uniform. From I-V and C-V characteristics, junction parameters such as diode ideality factor and barrier height were found as 1.66 and ?_B(I-V) = 0.84 eV (?_B(C-V) = 0.90 eV), respectively. The interface state density N_ss and relaxation time τ of the Schottky diode were determined by means of Schottky capacitance spectroscopy method. The results show the presence of thin interfacial layer between the metal and semiconductor.     

石墨烯过渡层对金属/SiC接触肖特基势垒调控的第一性原理研究

由于SiC禁带宽度大,在金属/SiC接触界面难以形成较低的势垒,制备良好的欧姆接触是目前SiC器件研制中的关键技术难题,因此,研究如何降低金属/SiC接触界面的肖特基势垒高度(SBH)非常重要.本文基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合平均静电势和局域态密度计算方法,研究了石墨烯作为过渡层对不同金属(Ag,Ti,Cu,Pd,Ni,Pt)/SiC接触的SBH的影响.计算结果表明,单层石墨烯可使金属/SiC接触的SBH降低;当石墨烯为2层时,SBH进一步降低且Ni,Ti接触体系的SBH呈现负值,说明接触界面形成了良好的欧姆接触;当石墨烯层数继续增加,SBH不再有明显变化.通过分析接触界面的差分电荷密度以及局域态密度,SBH降低的机理可能主要是石墨烯C原子饱和了SiC表面的悬挂键并降低了金属诱生能隙态对界面的影响,并且接触界面的石墨烯及其与金属相互作用形成的混合相具有较低的功函数.此外,SiC/石墨烯界面形成的电偶极层也可能有助于势垒降低.     

4H-SiC肖特基二极管的电荷收集特性

针对极端环境下耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用耐高温、耐辐照的4H碳化硅(4H-SiC)宽禁带材料制成肖特基二极管,研究了该探测器对241Am源粒子的电荷收集效率。从电容-电压曲线得出该二极管外延层净掺杂数密度为1.991015/cm3。从正向电流-电压曲线获得该二极管肖特基势垒高度为1.66 eV,理想因子为1.07,表明该探测器具备良好的热电子发射特性。在反向偏压高达700 V时,该二极管未击穿,其漏电流仅为21 nA,具有较高的击穿电压。在反向偏压为0~350 V范围内研究了该探测器对3.5 MeV 粒子电荷收集效率,在0 V时为48.7%,在150 V时为99.4%,表明该探测器具有良好的电荷收集特性。     

石墨烯过渡层对金属/SiC接触肖特基势垒调控的第一性原理研究

由于SiC禁带宽度大,在金属/SiC接触界面难以形成较低的势垒,制备良好的欧姆接触是目前SiC器件研制中的关键技术难题,因此,研究如何降低金属/SiC接触界面的肖特基势垒高度(SBH)非常重要.本文基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合平均静电势和局域态密度计算方法,研究了石墨烯作为过渡层对不同金属(Ag,Ti,Cu,Pd,Ni,Pt)/SiC接触的SBH的影响.计算结果表明,单层石墨烯可使金属/SiC接触的SBH降低;当石墨烯为2层时,SBH进一步降低且Ni,Ti接触体系的SBH呈现负值,说明接触界面形成了良好的欧姆接触;当石墨烯层数继续增加,SBH不再有明显变化.通过分析接触界面的差分电荷密度以及局域态密度,SBH降低的机理可能主要是石墨烯C原子饱和了SiC表面的悬挂键并降低了金属诱生能隙态对界面的影响,并且接触界面的石墨烯及其与金属相互作用形成的混合相具有较低的功函数.此外,SiC/石墨烯界面形成的电偶极层也可能有助于势垒降低.     

Trapezoid mesa trench metal-oxide semiconductor barrier Schottky rectifier: an improved Schottky rectifier with better reverse characteristics

An improved structure of Schottky rectifier,called a trapezoid mesa trench metal-oxide semiconductor (MOS) barrier Schottky rectifier (TM-TMBS),is proposed and studied by two-dimensional numerical simulations.Both forward and especially better reverse I-V characteristics,including lower leakage current and higher breakdown voltage,are demonstrated by comparing our proposed TM-TMBS with a regular trench MOS barrier Schottky rectifier (TMBS) as well as a conventional planar Schottky barrier diode rectifier.Optimized device parameters corresponding to the requirement for high breakdown voltage are given.With optimized parameters,TM-TMBS attains a breakdown voltage of 186 V,which is 6.3% larger than that of the optimized TMBS,and a leakage current of 4.3×10 6 A/cm 2,which is 26% smaller than that of the optimized TMBS.The relationship between optimized breakdown voltage and some device parameters is studied.Explanations and design rules are given according to this relationship.     

Study of 4H-SiC junction barrier Schottky diode using field guard ring termination

This paper reports that the 4H-SiC Schottky barrier diode, PiN diode and junction barrier Schottky diode terminated by field guard rings are designed, fabricated and characterised. The measurements for forward and reverse characteristics have been done, and by comparison with each other, it shows that junction barrier Schottky diode has a lower reverse current density than that of the Schottky barrier diode and a higher forward drop than that of the PiN diode. High-temperature annealing is presented in this paper as well to figure out an optimised processing. The barrier height of 0.79 eV is formed with Ti in this work, the forward drop for the Schottky diode is 2.1 V, with an ideality factor of 3.2, and junction barrier Schottky diode with blocking voltage higher than 400 V was achieved by using field guard ring termination.