宽禁带半导体材料SiC和GaN的研究现状

正一、引言第一代半导体材料一般是指硅(Si)元素和锗(Ge)元素,其奠定了20世纪电子工业的基础。第二代半导体材料主要指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、砷化铟(InAs)、砷化铝(AlAs)及其合金化合物等,其奠定了20世纪信息光电产业的基础。第三代宽禁带半导体材料一般是指氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、金刚石等材料,其具有禁带宽度大、抗辐射能     

应用于半导体器件的掺杂纳米金刚石膜

金刚石膜有着高的热导率、宽禁带、高的介质击穿场强、高的载流子迁移率等优点,是非常理想的半导体材料.本文介绍了掺杂纳米金刚石薄膜作为半导体器件工作层的优点,综述了金刚石p型掺杂和n型掺杂的研究现状,并对影响纳米金刚石薄膜生长的因素进行了探讨.指出了金刚石膜在半导体器件的应用趋势,并对其应用前景进行展望.     

碳化硅基MOSFETs器件研究进展

基于近20年的研发,宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)的金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFETs)的制备工艺逐步成熟,性能不断提高,已有SiC MOSFETs产品进入市场,故综述双注入MOSFETs(DMOSFETs)和沟槽MOSFETs(UMOSFETs)两种结构的SiC MOSFETs的研究进展和发展趋势,并介绍SiC MOSFETs器件制备的关键工艺和目前推出SiC MOSFET产品的公司及其产品性能。     

掺杂ZnO薄膜发光特性的研究进展

ZnO薄膜是一种Ⅱ～Ⅵ族的宽禁带半导体材料,在发光二极管和激光二极管方面极有希望取代GaN材料,成为一种全新的候选材料。通过对薄膜的掺杂,可以获得有望取代现有的氧化铟锡材料的高电导率的透明导电膜,在平板显示器、太阳能电池等光电器件中具有巨大的应用前景。     

第三代半导体材料生长与器件应用的研究

着重论述了以SiC和GaN为代表的第三代半导体材料的生长、器件及应用在近几年的发展情况。分析了目前常用的正在研究的几种衬底材料，介绍了制备SiC和GaN单晶的方法。分析了SiC和GaN器件工艺目前存在的问题和今后的研究方向。总结了SiC和GaN器件的研制情况，指出单晶质量是限制器件发展的主要因素。分析了SiC和GaN器件的目前应用的未来的市场前景，指出了SiC和GaN材料、器件今后的研究重点和今后的发展方向。     

不同晶面应变纤锌矿GaN/AlN量子阱的价带结构理论研究

为深刻理解应变异质结量子阱结构的物理性质,帮助改进基于宽禁带氮化物半导体器件的设计,本文基于六带应力相关的k·p哈密顿量与自洽薛定谔-泊松方程建立了在场约束效应下极性(0001)、半极性(10■2)及非极性(10■0)晶面的纤锌矿GaN/AlN量子阱价带子带模型,并给出了不同晶面GaN/AlN量子阱在双轴和单轴应力作用下的子带能量色散关系。根据应力对量子阱价带结构的影响,对应力与空穴有效质量之间的微观物理关系进行了综合研究。结果表明,价带结构对晶体取向的改变有很大的依赖性。双轴应力对有效质量的改善效果不大,然而单轴压缩应力通过降低垂直沟道方向的能量使低有效质量区域获得更多的空穴,从而有效降低空穴有效质量,且在不同晶面的结构中都减少了约90%。     

美国开发出不依赖半导体的微电子器件

正美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员基于纳米结构开发出一款不依赖半导体传导的光控微电子器件,其在低电压和低功率激光激发条件下的电导率比现有半导体器件提高近10倍。据介绍,传统的半导体器件受材料本身的限制,在频率、功耗等方面存在极限,而利用自由电子替代半导体材料通常需要通过高电压、大功率激光或高温进行激发。研究人员在硅片上用金加工出一种类似于蘑菇形状的纳米结构,在     

SiC单片集成电路工艺技术

对宽禁带半导体材料碳化硅的异质外延技术以及碳化硅集成电路单项工艺技术进行了讨论 ,比较了不同的工艺对集成电路制造的影响 .介绍了工作于 5V电压下的碳化硅数字互补型金属氧化物半导体集成电路工艺技术 .     

霍尔效应

半导体霍尔系数的测定,我们可以获得如下与半导体有关的某些物理量及性质。(1)确定半导体材料的导电类型。(2)载流子浓度与温度的关系。(3)霍尔迁移率与温度的关系,电子迁移率与空穴迁移率的比值。(4)禁带宽度、杂质密度及杂质能级的位置。这些半导体的电学性质的研究对于半导体材料的提纯及探讨新的半导体材料是极其重要的。我们为了配合教研室对半导体材料的研究,在三结合的方针指导下展开此项工作。虽然我们     

磁控溅射制备Ti-Zn-O复合薄膜及其光学性质研究

TiO2是作为一种宽禁带半导体材料可作为紫外器件,但因其间接带隙结构、禁带宽度仅为3.0eV等特点,严重影响其应用范围。本文利用共溅射技术,通过Zn掺杂,在K9玻璃基底上制备了Ti-Zn-O复合薄膜,并研究了Zn溅射功率对其结构及光学性质的影响。结果显示：所制备的薄膜为ZnTiO3和不饱和TiO2的复合结构,随着Zn粒子的溅射能量增加,晶粒尺寸和表面粗糙度增加,并可将薄膜本征吸收边蓝移至3.61eV。     

GaN类探测成像器件的研究进展及其成果

GaN材料在光电子和微电子领域中得到广泛的应用,因此它是第三代半导体材料的典型代表。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。在成像技术方面,GaN类的成像器件包括紫外摄像机和紫外数字照相机。     

GaN基微波半导体器件研究进展

GaN基微波器件以其优良的特性而在微波大功率方面具有应用潜力．对GaN半导体材料作了比较和讨论,说明了GaN材料在微波大功率应用方面的优势,并阐述了新型GaN基微波器件的最新进展,通过与其他微波器件的比较表明了GaN调制掺杂场效应晶体管在微波大功率应用方面所具有的明显优势．     

W-band 3.4 W/mm GaN power amplifier MMIC

A high power density monolithic microwave integrated circuit (MMIC) power amplifier is presented for W band application. The chip is fabricated using the 100 nm GaN high electron mobility transistor (HEMT) technology on a 50 μm SiC substrate. The amplifier is designed for a high gain and high output power with three stage topology and low-loss impedance matching networks designed with high and low characteristic impedance micro-strips and metal-insulator-metal (MIM) capacitors. And quarter-wave micro-strips are employed for the DC bias networks, while the power amplifier is also fully integrated with bias networks on the wafer.Measurement results show that, at the drain bias of 15 V, the amplifier MMIC achieves a typical small signal gain of 20 dB within the frequency range of 88~98 GHz. Moreover, the saturated output power is more than 250 mW at the continuous-wave mode. At 98 GHz, a peak output power of 405 mW has been achieved with an associated power gain of 13 dB and a power-added-efficiency of 14.4%. Thus, this GaN MMIC delivers a corresponding peak power density of 3.4 W/mm at the W band.     

X 波段单级氮化镓固态放大器

利用自主研制的SiC 衬底的栅宽为2.5mm的AlGaN/GaN HEMT器件,设计完成了单级X波段氮化镓固态放大器模块．模块由AlGaN/GaN HEMT器件、偏置电路和微带匹配电路构成．采用金属腔体和测试夹具,保证在连续波下具有良好的接地和散热性能．利用双偏置电路馈电,并且采用独特的电容电阻网络和栅极串联电阻消除了低频和射频振荡．利用微带短截线完成了器件的输入输出匹配．在 8GHz频率及连续波情况下(直流偏置电压为 V_ds= 27V, V_gs= -4.0V),放大器线性增益为 5.6dB,最大效率为30.5％,输出功率最大可达 40.25dBm (10.5W),此时增益压缩为 2dB．在带宽为 500MHz内,输出功率变化为 1dB．     

1414．5 GHz Doherty 功率放大器研究

该文设计了一款应用于卫星通信基站的Ku波段高效率功率放大器。设计电路中的有源器件为Triquint 0．25μm GaN HEMT功率管,首先对该功率晶体管等效电路模型进行参数提取,用HFSS软件对无源元件进行电磁场仿真,用Agilent ADS软件对电路有源和无源进行了联合仿真。电路拓扑结构为Doherty结构,其中主放大器和辅助放大器分别设计,再通过Wilkinson功分器两路合成。仿真结果显示,在1414．5 GHz频率下,设计的功率放大器输出功率大于12 W,功率增益大于8 dB,功率附加效率高于45％。     

微波场板GaN HEMTs大信号特性及其模型研究

针对栅、源两种场板氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMTs）,提出了一种包含非线性热网络的电热大信号模型。该模型基于电热耦合理论,采用有限元电热仿真方法,提取了两种场板器件的热阻和热容参数,建立了与功耗相关的非线性热网络,并嵌入到改进的Angelov经验模型中;分析了场板结构对微波小信号特性和大信号负载阻抗的影响等。在片测试及仿真结果表明,针对两种场板GaN HEMTs器件,在0~40 GHz频带内,该模型能较精确地预测S参数、输出功率（Pout）、增益（Gain）和功率附加效率（PAE）等参数;为成功地完成电路设计,提供了较为精确的电热大信号模型。     

(11-02)r面蓝宝石生长的(112-0)a面氮化镓研究

自发极化和压电极化是氮化镓制作光电器件没有解决的问题,对非极性GaN材料的研究解决了极化现象．采用低温AlN作为缓冲层,在(11-02)r面蓝宝石和(0001)c面蓝宝石上分别生长了(112-0)非极性a面和(0001)极性c面GaN,用原子力显微镜和高分辨X射线衍射、光致发光谱比较了生长在r面蓝宝石上的a面GaN和c面蓝宝石上的c面GaN,a面GaN材料质量和c面GaN相差较大,在a面GaN上发现了三角坑的表面形貌,这和传统的c面生长的极性GaN截然不同．对a面GaN的缺陷形成原因进行了讨论,并且确定了三角坑缺陷的晶向．     

GaN PIN betavoltaic nuclear batteries

GaN PIN betavoltaic nuclear batteries are demonstrated in this work.GaN epitaxial layers were grown on 2-inch sapphire sub-strates by MOCVD,and then the GaN PIN nuclear batteries were fabricated.Current-voltage(I-V)characteristic shows that the small leakage currents are 0.12 nA at 0 V and 1.76 nA at 10 V,respectively.With 147Pm the irradiation source,the maximum open circuit voltage and maximum short circuit current are 1.07 V and 0.554 nA,respectively.The fill factor(FF)of24.7%for the battery was been obtained.The limited performance of the devices is mainly due to the low energy deposition in the microbatteries.Therefore,the GaN nuclear microbatteries are expected to be optimized by growing high quality GaN films,thin dead layer and so on.