二维材料在电力电子器件中的散热应用北大核心CSCD

市场需求推动着电力电子技术的高速发展,各种新型电力电子器件应运而生,其高功率密度带来的散热问题,直接影响了器件的电特性和可靠性。二维材料石墨烯和六方氮化硼由于特殊的二维结构,在热传导方面具有优异的特性。本文以IGBT器件为例,分别将石墨烯以薄膜形式应用于芯片表面,将六方氮化硼以导热载体形式填充到封装树脂中,在封装结构的横向和纵向同时减小热阻,提出了新一代电力电子器件封装散热的解决方案,并进行了机理分析。进一步介绍了封装过程中石墨烯和六方氮化硼的制备及应用工艺,其工艺过程和产物质量是影响散热效果的关键因素。     

基于石墨烯的红外探测机理与器件结构研究进展

石墨烯具有超高载流子迁移率、零带隙、宽波段响应等性质,是具有潜力的红外光电探测材料。通过分析石墨烯基红外探测器的发展历程,综述了石墨烯红外光电响应的机理,对石墨烯基探测器的响应度、波段、速度等性能和器件结构进行了梳理,并围绕石墨烯基探测器在材料制备、工艺兼容性等方面的挑战进行了探讨和展望。     

抗辐射0.18μm NMOS器件热载流子效应研究

基于0.18μm CMOS工艺开发了抗总剂量辐射加固技术,制备的1.8 V NMOS器件常态性能良好,器件在500 krad(Si)剂量点时,阈值电压与关态漏电流无明显变化。研究器件的热载流子效应,采用体电流Isub/漏电流Id模型评估器件的HCI寿命,寿命达到5.75年,满足在1.1 Vdd电压下工作寿命大于0.2年的规范要求。探索总剂量辐射效应与热载流子效应的耦合作用,对比辐照与非辐照器件的热载流子损伤,器件经辐照并退火后,受到的热载流子影响变弱。评估加固工艺对器件HCI可靠性的影响,结果表明场区总剂量加固工艺并不会造成热载流子损伤加剧的问题。     

总剂量辐照对65 nm NMOSFET热载流子敏感参数的影响

为了研究总剂量辐射对纳米MOS晶体管热载流子效应的影响,对65 nm 体硅工艺的NMOS器件进行了总剂量辐射和热载流子试验,对比了辐射前后不同宽长比器件的跨导、栅极泄漏电流、线性饱和电流等电参数。结果表明,MOS器件的沟道宽度越窄,热载流子效应受辐射的影响越显著,总剂量辐射后热载流子效应对器件的损伤增强。分析认为,辐射在STI中引入的陷阱电荷是导致以上现象的主要原因。该研究结果为辐射环境下器件的可靠性评估提供了依据。     

微桥结构PZT厚膜红外探测器研究

利用KOH溶液腐蚀结合SF6气体干法刻蚀工艺制备了锆钛酸铅(PbZr0.3Ti0.7O3,PZT)厚膜热释电红外探测器,得到了器件Si基背面完全悬空的微桥绝热结构.使用由斩波器调制的黑体辐射,测试了探测器在低频段的电压响应率、噪声等效功率和探测率等参数.结果表明,探测器在调制频率为5.3 Hz时的电压响应率约为4.5×...     

总剂量辐照与热载流子协同效应特性分析

研究了总剂量辐照效应对0.35μm的NMOS器件热载流子测试的影响,结果发现:经过100 krad(Si)总剂量辐照的NMOS器件在热载流子测试时其阈值电压的变化量远远地大于未经辐照的器件的,其原因与总剂量辐照退火效应和辐射感生界面陷阱俘获热电子有关.     

六方氮化硼忆阻器的研究进展

六方氮化硼是一种与石墨烯结构相似的材料,以六方氮化硼作为阻变介质层的忆阻器,具有良好的散热性能,不易发生介电击穿,能够实现小尺寸、低功耗和大的开关比;在计算机运算存储研究、人工神经网络和神经形态(即类脑)计算领域有极大的应用前景。文章主要介绍了忆阻器的分类,分析了六方氮化硼忆阻器的阻变机制,综述了六方氮化硼忆阻器的研究现状。最后,指出了六方氮化硼忆阻器当前面临的挑战,并展望了未来的发展方向。     

基于拉曼光谱法的电偏置悬空石墨烯器件热导率研究

石墨烯是典型的二维原子晶体材料，具有极高的热导率，其以独特的电子-声子相互作用机制以及在微纳尺度热管理领域的应用潜力而备受瞩目。国内外针对石墨烯在不同温度下的热导率进行了大量的理论和实验研究，但如何准确测量电偏置作用下悬空石墨烯器件的热导率仍需进一步深入研究。本课题组成功制备了高质量的悬空石墨烯场效应晶体管，并基于拉曼光谱法研究了少层悬空石墨烯在不同电压下的热导率变化规律。实验结果显示：当偏置电压从0 V增加至1.5 V时，悬空石墨烯的最大温度变化范围为300～779 K，同时其热导率也发生了相应变化，介于2390～3000 W/（m·K）之间。本实验结果为研究悬空石墨烯纳米电子器件在实际应用场景中的热传导特性提供了实验数据参考。     

六方氮化硼中子探测器的研究进展

六方氮化硼中子探测器具有泄漏电流小、体积小、响应速度快、探测效率高、对γ射线不灵敏等优点,有望取代传统的³He气体探测器和微结构半导体中子探测器而得到广泛应用。文章介绍了六方氮化硼中子探测器的原理,从制备工艺、探测器结构、探测器性能等方面综述了六方氮化硼中子探测器近年来的研究进展。     

石墨烯/硅基异质集成光电子器件

石墨烯/硅基异质集成的光子器件研究在近年来取得了巨大进展,因石墨烯所具有的诸多独特的物理性质如超高载流子迁移率、超高非线性系数等,石墨烯/硅基异质集成器件展现出了诸如超大带宽、超低功耗等优异性能。文章介绍了近年来报道的典型石墨烯/硅基异质集成器件,包括石墨烯/硅基电光调制器、石墨烯/硅基热光调制器和石墨烯/硅基光电探测器,简要阐述了其原理与性能,并对其未来的应用与发展做出了展望。     

利用同步晶化法制备的镍纳米晶的电荷存储特性

快速退火纳米晶化法是目前常用的金属纳米晶制备方法,但其后续600~900℃高温退火会降低器件的电学特性和可靠性。本文提出了热预算低的金属纳米晶制备的新方法—沉积过程中的同步金属薄膜原位纳米晶化法,可以省掉后续单独的退火处理工艺,使金属薄膜同步产生纳米晶化,降低工艺热功耗及简化工艺,从而有效地改善上述薄膜沉积后退火纳米晶化法的不足。在不同衬底温度（250~325 ?C）下,利用同步纳米晶化法制备镍纳米晶存储器。随着生长温度的增加,其存储窗口先增加到最大值再降低。衬底温度为300 ?C时,其存储窗口（2.78 V）最大。与快速热退火法镍纳米晶存储器相比较,同步纳米晶化法制备镍纳米晶存储器具有更强的电荷存储能力。另外,研究了不同操作电压和脉冲时间下器件的平带电压偏移量,当操作电压增加到±10 V时出现了较大的平带电压偏移量,这表明器件发生了大量的载流子（电子和空穴）注入现象。最后,模拟了金属纳米晶存储器的载流子（电子和空穴）注入和释放过程。     

外延碲镉汞的光电特性

本文讨论了梯度组分的n-p结外延HgCdTe材料与器件,研究了外延层、退火层和扩散层的电学特性,观察到扩散层载流子浓度的反常分布,描述了制备工艺与光电特性的关系,制备了多元8～14微米均匀的红外探测器,计算了费米能级并借以解释现象和指导工艺。     

通过直接栅电流测量研究PMOSFET's热载流子损伤

通过直接栅电流测量方法研究了热载流子退化和高栅压退火过程中PMOSFET's热载流子损伤的生长规律.由此,给出了热载流子引起PMOSFET's器件参数退化的准确物理解释.并证明了直接栅电流测量是一种很好的研究器件损伤生长和器件参数退化的实验方法.     

通过直接栅电流测量研究PMOSFET's热载流子损伤

通过直接栅电流测量方法研究了热载流子退化和高栅压退火过程中PMOSFET's热载流子损伤的生长规律.由此,给出了热载流子引起PMOSFET's器件参数退化的准确物理解释.并证明了直接栅电流测量是一种很好的研究器件损伤生长和器件参数退化的实验方法.     

石墨烯-六方氮化硼结构的古斯-汉欣位移

为了研究由石墨烯覆盖半无限六方氮化硼结构中的古斯-汉欣位移性质,采用传输矩阵方法分析了结构参量对反射光古斯-汉欣位移的影响。结果表明, 通过合理调节石墨烯的化学势或层数,均可实现古斯-汉欣位移由正到负的一个转变;通过选取合适的参量,可实现较大的古斯-汉欣位移,其最大值约为波长的450倍。此研究结果对设计光开关、光学传感器件具有重要意义。     

激光诱导氮掺杂石墨烯宽光谱光电探测器EI北大核心CSCD

石墨烯作为一种新型半金属材料,具有良好的导电性、光学透明度和机械性能,自发现以来备受研究者关注。特别是石墨烯的零带隙狄拉克色散关系赋予其特殊的光电性质,如宽带光吸收和高载流子迁移率,使得石墨烯基光电探测器具有宽广谱检测和快速响应能力。然而,传统的石墨烯制备方法包括机械剥离法、化学气相沉积法和氧化还原法等存在产量低、设备昂贵、工艺复杂和化学污染等问题。除此之外,单层石墨烯光吸收率和载流子寿命短,严重影响了石墨烯光电探测器的响应度。为了解决上述问题,文中采用一步激光刻蚀法在三聚氰胺-聚酰亚胺复合薄膜上原位诱导生成氮掺杂的多孔石墨烯,制备了光响应增强的石墨烯宽光谱探测器。这种激光直写的制备工艺效率高、成本低、无污染,可快速制备石墨烯光电探测器。经测试,该探测器在630 nm可见光辐照下的光响应度为2.17 mA·W^(-1),相比未掺杂的激光诱导石墨烯光电探测器的响应度提高了一个数量级。此外,该探测器在343 nm紫外和1 550 nm红外波段都具有光响应能力,响应度分别为3.06、2.63 mA·W^(-1)。该方法为简单、高效、低成本制备高性能石墨烯基光电器件提供了可行性方案。     

局域场增强石墨烯近红外光电探测器（特邀）

近红外光电探测器在夜视监控、生物医学、环境监测等诸多领域有广泛应用。由于二维石墨烯材料具有独特性质（零带隙结构、高载流子迁移率、功函数可调）使其在红外探测领域具有巨大潜质。为了充分利用石墨烯的优势,并克服其吸收率低、暗电流噪声大的不足,研究者利用局域场调控设计混合结构以提高红外探测器性能。文中总结了局域场增强石墨烯近红外光电探测器的研究成果,介绍了单吸收层局域场增强器件并分析基于不同类型感光材料器件的优缺点,进一步介绍了双吸收层局域场增强器件,对笔者所做的双吸收层器件中电流极性等相关研究进行了简述。最后对局域场增强探测器相关功能拓展领域研究进行了简介,对该类器件的发展趋势进行了简要的总结和展望。     

hBN栅绝缘介质石墨烯射频场效应管建模与性能研究

具有原子级平滑表面的hBN(六方氮化硼)不仅与石墨烯有相同的二维平面结构,而且还有许多相似的特性,采用hBN作为栅绝缘介质,有望可以提升石墨烯射频场效应管的性能。为了研究hBN栅绝缘介质石墨烯射频场效应管的射频特性,基于SILVACO TCAD软件进行了hBN栅绝缘介质石墨烯射频场效应管结构建模,通过数值计算对器件的转移特性、输出特性、电容特性以及射频特性进行了模拟计算。结果表明：器件的特征频率f_T(单位增益带宽)高达58.79 GHz、最大振荡频率f_MAX高达75.58 GHz、单位长度栅电容C_GC小于7.5×10^-16 F/μm,阈值电压为0.38 V。研究结果对hBN栅绝缘介质石墨烯射频场效应管的开发、设计具有重要的参考价值。     

聚合物薄膜晶体管的制备及性能

以硅材料衬底作栅电极,在衬底上依次制备二氧化硅栅介质层、聚合物MEH-PPV薄膜半导体层和金源、漏电极,成功地得到了聚合物薄膜晶体管.器件的制备和测试都是在空气环境中完成.该薄膜晶体管呈现出较好的场效应晶体管饱和特性,器件的载流子迁移率为5.0×10-5 cm2/(V·s),开关电流比大于2×103.通过在氮气氛下对聚合物薄膜进行退火处理以及聚合物薄膜沉膜前对二氧化硅表面修饰可以适当地提高器件的载流子迁移率.     

石墨烯基碲镉汞复合材料技术研究

随着红外技术的发展,未来红外探测器向着mK或亚mK灵敏度红外探测系统方面发展,传统探测器已经很难满足需求,光电探测器的响应度亟待提高。主要基于石墨烯材料的独特能带结构、超高载流子迁移率、超宽光谱吸收的特性,结合碲镉汞光电探测材料的极高量子效率性能,研究了具有极高红外辐射响应度、超宽光谱响应范围的新一代石墨烯基复合红外探测材料。