新型自对准石墨烯场效应晶体管制备工艺

提出了一种新型自对准石墨烯场效应晶体管(graphere field-effect transistor,GFET)制备工艺,该工艺可与现有Si CMOS工艺相兼容。利用该工艺制备的自对准栅GFET器件可以消除传统GFET器件制备过程中存在的栅极与漏极和源极覆盖区的寄生电容或栅极与源极和漏极暴露区的寄生电阻,使器件直流特性得到了很大改善。对制作的样品进行直流I-V特性测试时,清楚地观测到了双极型导电特性。制作的沟道长度为1μm的自对准GFET器件样品最大跨导gm为2.4μS/μm,提取的电子与空穴的本征场效应迁移率μeeff和μheff分别为6 924和7 035 cm2/(V·s),顶栅电压VTG为±30 V时,器件的开关电流比Ion/Ioff约为50,远大于目前已报道的最大GFET开关电流比。     

基于空间电荷限制电流模型的FeCl3掺杂CBP的空穴迁移率研究

基于不同浓度FeCl3掺杂的4,4′-N,N′-二咔唑基联苯(CBP)设计制作了一系列的单空穴有机电致发光器件(OLED),采用空间电荷限制电流法估算了具有不同浓度FeCl3掺杂的CBP的空穴迁移率,并与OLED中常用的空穴传输材料N,N′-二苯基-N,N′-(1-萘基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺(NPB)进行了比较研究。结果表明,FeCl3掺杂CBP可以极大地提高CBP薄膜的空穴迁移率,当FeCl3的浓度为12%时空穴迁移率最大,在电场强度为0.5MV/cm的条件下迁移率为4.5×10-5cm2/V·s,即使在零电场条件下迁移率依然高达2.2×10-5 cm2/V·s,近似为常用空穴传输材料NPB空穴迁移率的4倍。用CBP∶12%FeCl3做空穴传输层,制备了OLED器件,最大亮度为68468cd/m2,相对于采用NPB做空穴传输层的参比器件提高了97%,最大电流效率为31.28cd/A,比参比器件提高了23%。器件亮度和效率的提高归因于空穴传输性能的改善,使得器件中载流子的传输更为平衡,从而提高了激子形成的几率,且减少了激子-极化子之间的淬灭。     

碟形天线耦合的CVD石墨烯室温太赫兹探测器

基于本征高迁移率、无能隙光谱以及非特征频率吸收的特性,石墨烯在太赫兹频段的调制器和探测器应用被予以厚望。制备了碟形天线耦合的CVD石墨烯场效应晶体管太赫兹探测器,实现了室温的高灵敏太赫兹探测。采用Au膜辅助转移技术屏蔽了有机物对石墨烯的沾污,配合自对准工艺控制了栅源间寄生效应,石墨烯器件场效应迁移率达7 000 cm²/(V·s),且在室温下表现出较高的太赫兹探测灵敏度,0.3 THz频率下器件的电压响应率为50 V/W,噪声等效功率为58 pW/Hz^0.5。     

4H-SiC埋沟MOSFET的研制

研制了4H-SiC热氧化生长氧化层埋沟nMOSFET.用室温下N离子注入的方法形成埋沟区和源漏区,然后在1600℃进行激活退火.离子注入所得到的埋沟区深度大约为0.2μm.从转移特性提取出来的峰值场效应迁移率约为18.1cm2/(V·s).造成低场效应迁移率的主要因素可能是粗糙的器件表面(器件表面布满密密麻麻的小坑).3μm和5μm器件的阈值电压分别为1.73V和1.72V.3μm器件饱和跨导约为102μS( V G=20V, V D=10V).     

InP籽晶表面处理的装置设计与工艺优化

为改善InP籽晶表面洁净度,保证InP材料生长时的电学参数并减小引晶阶段孪晶形成概率,设计了InP籽晶表面处理装置.该装置采用动态方式对籽晶表面进行处理,采用原子力显微镜扫描处理后籽晶的表面形貌,结果显示籽晶表面无杂质和沾污.通过在晶体引晶部位的不同位置取样进行霍尔测试.测试结果显示,用常规静态方式和动态方式处理的籽晶,其生长出晶体引晶部分的样品的平均迁移率分别约为4 100 cm2/(V·s)和4 600 cm2/(V·s),平均载流子浓度分别约为7×1015 cm-3和4×1015 cm-3.通过该装置及工艺处理的籽晶,表面被处理得彻底、无沾污,容易生长出电学参数优异的晶体.     

利用石墨烯掺杂在NPB中的OLED性能研究

采用NPB掺杂石墨烯作为空穴传输层,制备有机电致发光器件(OLED),器件结构为ITO/NPB:Graphene(20wt.%)(50nm)/Alq3(80nm)/LiF(0.5nm)/Al(120nm)。将其与标准器件ITO/NPB(50nm)/Alq3(80nm)/LiF(0.5nm)/Al(120nm)作性能比较,研究石墨烯对OLED性能的影响。结果表明,在NPB中掺杂石墨烯薄层的器件,在同等条件下性能最佳,当电流密度为90mA/cm2时器件电流效率达到最大值3.40cd/A,与标准器件最高效率相比增大1.49倍;亮度在15V时达到最大值10 070cd/m2,比标准器件最大亮度增大5.16倍。     

应用于LCD的平栅型碳纳米管场致发射显示器背光源的研制

采用磁控溅射、光刻和湿法刻蚀技术制备平栅型场发射阴极阵列,利用电泳将碳纳米管(CNT)发射源沉积在阴极表面,将阴极板和阳极板封接后制成51cm单色平栅型CNT场致发射显示器(CNT-FED),作为背光源模板应用于49 cm液晶显示器(LCD)器件中.场发射测试表明,器件在阳极电压3 500V、栅极电压290 V时,阳极...     

高性能石墨烯/金字塔硅异质结近红外光探测器

石墨烯具有优异的光学性质和电学性质，在快速宽光谱光电探测方面有极大的潜力。本文设计并制备一种高性能石墨烯/n型金字塔硅异质结近红外光探测器。高质量石墨烯是采用化学气相沉积法制备的，通过湿法转移将其转移到n型金字塔硅表面，从而获得具有垂直结构的石墨烯/金字塔硅异质结器件。测试结果表明，在无光照条件下，器件的整流比达到了6.9×10⁵;在970 nm近红外光的照射下，电流开关比高达5.3×10⁴,电流响应度、外量子效率、光电压响应度和比探测率分别可达577.6 mA·W^-1、73.97%、1.26×10⁶V·W^-1和4.92×10¹²Jones。此外，器件具有快的响应速度，上升和下降时间分别为22μs和14.5μs。最后，还对器件稳定性进行研究，在空气环境中放置3个月后，光电流基本没有衰减，表明了器件具有优异的空气稳定性。     

化学气相沉积法可控制备石墨烯薄膜和单晶畴北大核心

采用化学气相沉积（CVD）法,以铜箔为衬底,以甲烷为碳源,制备了石墨烯薄膜和单晶畴,并利用扫描电子显微镜、光学显微镜、喇曼光谱仪、紫外-可见透过光谱仪等手段对石墨烯进行了系统表征。结果表明,质量分数为10%的稀硝酸对铜箔表面进行腐蚀处理20 s可以有效去除铜箔表面析出的杂质颗粒,从而提高石墨烯的质量。在此基础上,研究了氢气和甲烷体积流量比对石墨烯生长的影响,当氢气和甲烷体积流量比从0∶1变化到5∶1时,石墨烯薄膜从单层生长变化到多层生长。此外,氢气和甲烷体积流量比也会显著影响晶畴的形状,随着氢气和甲烷体积流量比的增加,石墨烯晶畴从无规则形状逐渐变化到六边形。     

Tips-PEN薄膜载流子迁移率的稳态SCLC与阻抗谱法测量的研究

利用稳态SCLC法和阻抗谱法测量了由溶液工艺制备的Tips-PEN薄膜的空穴迁移率,并对两种方法的测试结果进行比较和分析。测试样品是p+Si/PEDOT∶PSS/Tips-PEN/Ag构成的单载流子器件。稳态SCLC法测试的器件Tips-PEN厚度为87nm,得到零场迁移率和场依赖因子分别为1.21×10-5 cm2/(V·s)和0.002 4(cm/V)1/2;阻抗谱法测试的器件Tips-PEN厚度为827nm,得到零场迁移率和场依赖因子分别为1.219×10-5 cm2/(V·s)和0.003 47(cm/V)1/2。稳态SCLC法得到的场依赖因子较小,呈现较弱的场依赖关系,其原因是为得到无陷阱模式下的稳态SCLC需要施加的电场远远高于阻抗谱测量时的电场,以至于注入较高的载流子浓度。这一结果显示了在较高载流子浓度下迁移率与场的依赖变弱,与理论模型和模拟预测的趋势一致。     

Peltier effect in doped silicon microchannel plates

The Seebeck coefficient is determined from silicon microchannel plates（Si MCPs） prepared by photoassisted electrochemical etching at room temperature（25℃）.The coefficient of the sample with a pore size of 5×5μm²,spacing of 1μm and thickness of about 150μm is -852μV/K.along the edge of the square pore.After doping with boron and phosphorus,the Seebeck coefficient diminishes to 256μV/K and -117μV/K along the edge of the square pore,whereas the electrical resistivity values are 7.5×10^-3Ω·cm and 1.9×10^-3Ω·cm,respectively. Our data imply that the Seebeck coefficient of the Si MCPs is related to the electrical resistivity and is consistent with that of bulk silicon.Based on the boron and phosphorus doped samples,a simple device is fabricated to connect the two type Si MCPs to evaluate the Peltier effect.When a proper current passes through the device,the Peltier effect is evidently observed.Based on the experimental data and the theoretical calculation,the estimated intrinsic figure of merit ZT of the unicouple device and thermal conductivity of the Si MCPs are 0.007 and 50 W/（m·K）, respectively.     

微电子封装中FeCl_3蚀刻液沉淀失效及再恢复

在微电子封装中,多处要使用FeCl3溶液进行蚀刻,如PCB布线,细间距引线框架等。在实际湿法蚀刻的研究中,发现使用高玻美度的FeCl3溶液蚀刻效果好。而高玻美度溶液的低温结晶现象比低玻美度(40癇e)要明显得多,对科学研究和生产带来较大的不利。本文分析研究了FeCl3蚀刻液失效产物和产生机制,提出了失效的温度因素、杂质离子因素、时间因素的影响过程和再恢复的方法。     

生长压力对GaN材料光学与电学性能的影响

研究了采用MOCVD技术分别在100与500Torr反应室压力下生长的非故意掺杂GaN薄膜的光学与电学性能。研究表明,低压100Torr外延生长条件可以有效地降低Ga与NH3气相反应造成GaN薄膜的碳杂质沾污,从而抑制造成光致发光中黄光峰与蓝光峰的深受主的形成,所制备的材料表现出较好的光学性能。同时,不同生长压力下的GaN薄膜表现出相异的电学性能,即在500Torr下生长的样品通常表现出更高的载流子浓度（（4.6-6.4）×1016 cm-3）与更高的迁移率（446-561cm2/（V.s））,而100Torr下生长的样品通常表现为更低的载流子浓度（1.56-3.99）×1016 cm-3与更低迁移率（22.9-202cm2/（V.s））。     

MOCVD生长的SiC衬底高迁移率GaN沟道层AlGaN/AlN/GaN HEMT结构

用MOCVD技术在高阻6H-SiC衬底上研制出了具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料,其室温和80K时二维电子气迁移率分别为1944和11588cm2/(V·s),相应二维电子气浓度为1.03×1013cm-2;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有良好的晶体质量和表面形貌,10μm×10μm样品的表面粗糙度为0.27nm.用此材料研制出了栅长为0.8μm,栅宽为1.2mm的HEMT器件,最大漏极饱和电流密度和非本征跨导分别为957mA/mm和267mS/mm.     

Synergistic Roll‐to‐Roll Transfer and Doping of CVD‐Graphene Using Parylene for Ambient‐Stable and Ultra‐Lightweight Photovoltaics

A roll‐to‐roll (R2R) transfer technique is employed to improve the electrical properties of transferred graphene on flexible substrates using parylene as an interfacial layer. A layer of parylene is deposited on graphene/copper (Cu) foils grown by chemical vapor deposition and are laminated onto ethylene vinyl acetate (EVA)/poly(ethylene terephthalate). Then, the samples are delaminated from the Cu using an electrochemical transfer process, resulting in flexible and conductive substrates with sheet resistances of below 300 Ω sq^?1, which is significantly better (fourfold) than the sample transferred by R2R without parylene (1200 Ω sq^?1). The characterization results indicate that parylene C and D dope graphene due to the presence of chlorine atoms in their structure, resulting in higher carrier density and thus lower sheet resistance. Density functional theory calculations reveal that the binding energy between parylene and graphene is stronger than that of EVA and graphene, which may lead to less tear in graphene during the R2R transfer. Finally, organic solar cells are fabricated on the ultrathin and flexible parylene/graphene substrates and an ultra‐lightweight device is achieved with a power conversion efficiency of 5.86%. Additionally, the device shows a high power per weight of 6.46 W g^?1 with superior air stability.     

石墨烯电极有机薄膜晶体管研究

利用化学气相沉积法生长的高性能的层状石墨烯,通过转移和图案化后用作电极,制备了底接触的并五苯有机薄膜晶体管(OTFTs)。原子力显微镜观察发现,石墨烯电极的厚度比一般的金电极薄的多,所以石墨烯电极厚度对并五苯晶粒的生长影响不大。电学性能研究得到器件的输出和转移曲线、开关电流比、阈值电压、场效应迁移率。转移曲线的关态电流约为10-9 A,电流的开关比超过103。基于底接触的并五苯OTFTs的最大场效应迁移率约2×10-2 cm2.V-1.s-1。     

ZnO薄膜的射频磁控溅射制备及性能研究

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出高质量的ZnO薄膜.对薄膜的结构和性能进行了研究.所制备的ZnO是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,最佳择优取向为(002)方向.ZnO薄膜的霍尔迁移率和载流子浓度分别为8×104m2/(V·s)和11.3×1020 cm-3.     

RF-MBE生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性

用射频分子束外延技术研制出了室温迁移率为1035cm2/(V·s),二维电子气浓度为1.0×1013cm-2,77K迁移率为2653cm2/(V·s),二维电子气浓度为9.6×1012cm-2的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管材料.用此材料研制的器件(栅长为1μm,栅宽为80μm,源-漏间距为4μm)的室温非本征跨导为186mS/mm,最大漏极饱和电流密度为925mA/mm,特征频率为18.8GHz.     

Advanced Asymmetric Supercapacitors Based on Ni(OH)2/Graphene and Porous Graphene Electrodes with High Energy Density

Hierarchical flowerlike nickel hydroxide decorated on graphene sheets has been prepared by a facile and cost‐effective microwave‐assisted method. In order to achieve high energy and power densities, a high‐voltage asymmetric supercapacitor is successfully fabricated using Ni(OH)₂/graphene and porous graphene as the positive and negative electrodes, respectively. Because of their unique structure, both of these materials exhibit excellent electrochemical performances. The optimized asymmetric supercapacitor could be cycled reversibly in the high‐voltage region of 0–1.6 V and displays intriguing performances with a maximum specific capacitance of 218.4 F g^?1 and high energy density of 77.8 Wh kg^?1. Furthermore, the Ni(OH)₂/graphene//porous graphene supercapacitor device exhibits an excellent long cycle life along with 94.3% specific capacitance retained after 3000 cycles. These fascinating performances can be attributed to the high capacitance and the positive synergistic effects of the two electrodes. The impressive results presented here may pave the way for promising applications in high energy density storage systems.