具有86 mV/dec亚阈值摆幅的MoS2/SiO2场效应晶体管

在SiO2/Si(P++)衬底上制备了多层MoS2背栅器件并进行了测试.通过合理优化和采用10 nm SiO2 栅氧, 得到了良好的亚阈值摆幅86 mV/dec和约107倍的电流开关比.该器件具有较小的亚阈值摆幅和较小的回滞幅度, 表明该器件具有较少的界面态/氧化物基团吸附物.由栅极漏电造成的漏极电流噪声淹没了该器件在小电流(~10-13 A)处的信号, 限制了其开关比测量范围.基于本文以及前人工作中MoS2器件的表现, 基于薄层SiO2栅氧的MoS2器件表现出了良好的性能和潜力, 显示出丰富的应用前景.     

AlGaN/GaN HEMT凹栅槽结构器件的频率特性

采用一系列不同栅长和结构的T型栅器件来研究凹栅槽结构抑制短沟道效应和提高频率特性的作用.随着栅长不断缩短,短沟道效应逐渐明显,栅长从300 nm缩短至100 nm时,亚阈值摆幅逐渐增大,栅对沟道载流子的控制变弱,且器件出现软夹断现象.凹栅槽结构可以降低器件的亚阈值接幅,提高开关比,栅长100 nm常规结构器件的亚阈值摆幅为140 mV/dec,开关比为106,而凹栅槽结构器件的亚阈值摆幅下降为95 mV/dec,开关比增大为107,凹栅槽结构明显抑制了短沟道效应.在漏源电压为20 V时,100 nm栅长的凹栅槽结构器件的截止频率和最高振荡频率达到了65.9和191 GHz,同常规结构相比,分别提高了5.78％和4.49％.由于凹栅槽结构缩短了栅金属到二维电子气(2DEG)沟道的间距,增大了纵横比,所以能够改善器件的频率特性.     

质子辐照对AlGaN/GaN HEMT亚阈值摆幅特性的影响

研究了具有不同栅漏间距的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的亚阈值摆幅特性在0.4 MeV质子辐照(质子总注量为2.16×10¹² cm^-2)后的变化规律。质子辐照前，各器件的亚阈值摆幅基本一致；质子辐照后，器件的亚阈值摆幅随着栅漏间距的减小而逐渐降低。基于辐照前后器件的电容-电压曲线和输出特性得到低场载流子输运特性，并据此分析了亚阈值摆幅的变化原因。发现与器件尺寸相关的极化散射效应是不同尺寸器件在辐照后亚阈值摆幅发生不同变化的主要原因。为AlGaN/GaN HEMT的性能优化提供了全新的视角与维度。     

柔性HfO2/Ta2O5叠层栅介质ZnO薄膜晶体管

为了有效提高柔性薄膜晶体管的电学性能,室温条件下,在聚酰亚胺(PI)衬底上使用H_fO₂、Ta₂O₅两种高介电常数材料相结合的叠层结构代替单层Ta₂O₅作为栅电介质,探究其对器件电学性能的影响。采用磁控溅射法制备薄膜,研究了叠层栅电介质结构中Ta₂O₅层在不同溅射时长、不同氧氩比条件下对于器件电学性能的影响,并进行H_fO₂/Ta₂O₅叠层栅电介质器件与Ta₂O₅单层栅电介质器件的比较。结果表明,Ta₂O₅栅电介质层在溅射时长为1 h、氧氩比为10∶90时,器件电学性能达到最佳。叠层栅电介质结构的引入显著提高了器件电学性能,电流开关比为1.27×10⁶,阈值电压为9.1 V,亚阈值摆幅为0.54 V/decade,载流子迁...     

高性能ZnSnO∶Li/ZnSnO双有源层TFT电学性能的研究

双有源层以迁移率高、开关比高、大面积均匀性好等优点成为近年研究热点。采用射频磁控溅射方法，制备了ZnSnO∶Li/ZnSnO薄膜晶体管(TFT),对其电学特性进行了测试，并研究了器件迁移率提高的原因及其内在的微观机制。研究发现，ZTO∶Li/ZTO TFT表现出了良好的电学特性，其场效应迁移为率为13.98 cm²/(V·s),亚阈值摆幅为0.84 V/dec,开关比为1.13×10⁹。通过XPS对其薄膜进行分析发现，Li的引入导致薄膜中氧和金属结合键的浓度增加，氧空位浓度减少，从而使得TFT的迁移率增大，开关比增大，亚阈值摆幅减小。     

一种带有斜向扩展源的双栅隧穿场效应晶体管

设计并研究了一种带有轻掺杂漏(LDD)和斜向扩展源(OES)的双栅隧穿场效应晶体管(DG-TFET),并利用Sentaurus TCAD仿真工具对栅长及扩展源长度等关键参数进行了仿真分析。对比了该器件与传统TFET的亚阈值摆幅、关态电流和开关电流比,并从器件的带带隧穿概率分析其优势。仿真结果表明,该器件的最佳数值开关电流比及亚阈值摆幅分别可达3.56×10¹²和24.5 mV/dec。另外,该DG-TFET在双极性电流和接触电阻方面性能良好,且具有较快的转换速率和较低的功耗。     

栅宽对AlGaN/GaN HEMTs亚阈值摆幅的影响

制备了不同栅极宽度的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，通过测量各器件电容-电压曲线和转移特性曲线，得到了栅沟道载流子输运特性以及亚阈值摆幅，结果显示当栅极宽度从10μm增加到50μm时，亚阈值摆幅下降了40.3%.定性且定量地分析了亚阈值摆幅值随栅极宽度变化的原因，发现不同的栅极宽度对应不同的极化散射强度，亚阈值摆幅的变化是由栅沟道载流子输运特性和极化散射效应造成的.为AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管开关性能优化提供了新的视角与维度，将促进其更好地应用于无线通信、电力传输以及国防军工领域.     

浸渍提拉法制备有机介质层铝铟锌氧薄膜晶体管

利用溶液法的浸渍提拉工艺制备了以有机聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为介质层、非晶铝铟锌氧化物(a-AIZO)为沟道层的顶栅共面结构薄膜晶体管(TFT),研究了沟道层退火温度对TFT性能的影响机理。结果表明:较低退火温度(如300和350℃)下处理的沟道层中存在未彻底分解的金属氢氧化物,其以缺陷态形式存在于TFT沟道层内或沟道层/介质层界面处,对导电沟道中电子进行捕获或散射,劣化TFT的迁移率、电流开关比以及亚阈值摆幅。综合来看,退火温度高于400℃下制备的a-AIZO适用于TFT器件的沟道层,相应的器件呈现出较高的迁移率(大于20cm2/(V·s))、较低的亚阈值摆幅(小于0.5V/decade)以及高于104的电流开关比。     

基于FET结构的MoS2器件的研究进展

对带隙可调的二维层状半导体二硫化钼(MoS2)的材料特性以及基于MoS2薄膜的器件性能和应用进行了简单阐述,重点分析了多种MoS2场效应晶体管(FET)的结构特点,并对MoS2 FET的制备工艺、电学性能(载流子迁移率、电流开关比、亚阈值摆幅等)以及栅极介质层材料对器件性能的影响等进行了综述.在此基础上进一步总结了近年...     

Si/Ge异质结双栅隧穿场效应晶体管TCAD仿真研究

Si/Ge异质结双栅隧穿场效应晶体管(DGTFET)较传统硅基DGTFET有更好的电学性能。文章基于Sentaurus TCAD仿真软件,构建了有/无Pocket两种结构的Si/Ge异质结DGTFET器件,定量研究了Pocket结构及Pocket区厚度、掺杂浓度等参数对器件开态电流、关态电流、亚阈值摆幅、截止频率和增益带宽积的影响。通过仿真实验和计算分析发现,Si/Ge异质结DGTFET的开态/关态电流、亚阈值摆幅、截止频率和增益带宽积随Pocket区掺杂浓度增大而增大,而Pocket区厚度对器件性能没有明显影响。研究结果为TFET器件的直流、频率特性优化提供了指导。     

基片温度对基于Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7栅绝缘层的ZnO基TFT性能的影响

在不同基片温度(RT、300、400、500和600℃)下,采用射频磁控溅射法制备了ZnO薄膜和BZN薄膜.研究表明,所制备的BZN薄膜拥有非晶态结构,ZnO薄膜具有c轴择优取向,在基片温度为500℃时,获得低的漏电流(10-7 A/cm2),比RT时的漏电流(10-4 A/cm2)低三个数量级.将所制备的ZnO薄膜和BZN薄膜分别作为ZnO-TFT的有源层和栅绝缘层,研究表明,在基片温度为500℃时,提高了器件性能,所取得的亚阈值摆幅(470 mV/dec.)是RT时的亚阈值摆幅(1 271 mV/dec.)的三分之一;界面态密度(3.21×1012 cm-2)是RT时的界面态密度(1.48×1013 cm-2)的五分之一.     

短沟道三材料柱状围栅MOSFET的解析模型

在柱坐标系下利用电势的抛物线近似,求解二维泊松方程得到了短沟道三材料柱状围栅金属氧化物半导体场效应管的中心及表面电势。推导了器件阈值电压、亚阈值区电流和亚阈值摆幅的解析模型,分析了沟道直径、栅氧化层厚度和三栅长度比对阈值电压、亚阈值区电流和亚阈值摆幅的影响。利用Atlas对具有不同结构参数的器件进行了模拟研究和比较分析。结果表明,基于解析模型得到的计算值与模拟值一致,验证了所建模型的准确性,为设计和应用此类新型器件提供了理论基础。     

新型锗源环栅线隧穿晶体管结构设计及优化北大核心

设计了一种锗源环栅线隧穿晶体管(GAA-LTFET),并采用TCAD工具对其工作原理进行了分析,通过双栅功函数技术抑制寄生点隧穿机制,消除了转移电流曲线上的驼峰现象,提高器件特性。此外,还针对源区掺杂浓度和沟道厚度等关键参数进行了分析和优化,最终器件平均亚阈值摆幅可达33.4 mV/dec,开态电流可达0.64μA/μm,开关比值约为9×10^(8),该器件的优异特性有望促进后摩尔时代超低功耗技术的发展。     

绝缘体上硅FinFET亚阈值摆幅研究

在新型多栅器件栅电容模型的研究中,量子电容随着沟道长度及栅氧化层厚度的不断减小而变得越发不可忽略。推导了基于绝缘体上硅(SOI)工艺技术的鳍式场效应晶体管(FinFET)的量子电容,并通过构建囊括量子电容的内部电容网络模型推导了亚阈值摆幅。采用Matlab软件,仿真验证了量子电容对亚阈值摆幅的影响。提出了亚阈值摆幅的优化方法,为如何选取合适的器件尺寸来优化某个特定设计目标的性能提供了指导。     

一种新型全耗尽双栅MOSFET

提出一种新型全耗尽双栅MOSFET,该器件具有异质栅和LDD结构.异质栅由主栅和两个侧栅组成,分区控制器件的沟道表面势垒.通过Tsuprem-4工艺模拟和Medici器件模拟验证表明,与普通双栅全耗尽SOI相比,该器件获得了更好的开态/关态电流比和亚阈值斜率.在0.18μm工艺下,开态/关态电流比约为1010,亚阈值斜率接近60mV/dec.     

一种新型全耗尽双栅MOSFET

提出一种新型全耗尽双栅MOSFET,该器件具有异质栅和LDD结构.异质栅由主栅和两个侧栅组成,分区控制器件的沟道表面势垒.通过Tsuprem-4工艺模拟和Medici器件模拟验证表明,与普通双栅全耗尽SOI相比,该器件获得了更好的开态/关态电流比和亚阈值斜率.在0.18μm工艺下,开态/关态电流比约为1010,亚阈值斜率接近60mV/dec.     

等离子体处理对非晶IGZO柔性薄膜晶体管性能的影响

本文研究了柔性基板上的薄膜晶体管,使用IGZO作为有源层,栅极绝缘层采用NH3等离子体和N2O等离子体分别进行处理,研究器件性能变化。结果表明等离子体类型及处理时间对阈值电压、场效应迁移率、开关比、亚阈值摆幅（SS）和偏压稳定性都有影响。TFT器件用NH3等离子体处理10秒显示出最佳的器件性能,阈值电压达到0.34 V,场效应迁移率为15.97 cm2/Vs,开关比为6.33×107,亚阈值摆幅为0.36 V /dec。本文提出的柔性IGZO-TFT是下一代柔性显示驱动装置较好选择。     

基于CVD单层MoS_2 FET的光电探测器北大核心

通过化学气相沉积(CVD)工艺在SiO_2/Si衬底生长出MoS_2材料,对材料进行喇曼光谱表征,验证了单层MoS_2的存在;基于CVD生长的单层MoS_2完成了晶圆级背栅场效应晶体管(FET)光电探测器的工艺研发;对MoS_2 FET器件进行了电学特性表征,开关比可达到105数量级,场效应迁移率约为1 cm2·V-1·s-1,栅极漏电流为10-10 A数量级;对MoS2FET器件的光电特性进行了表征,该光电探测器具有普通光电导探测器的基本光电特性,其光电流随光照强度的增强以及源漏电压的增加而增加,同时由于栅极的调制提高了光电探测器的灵活性。通过控制栅极电压能够控制MoS2FET光电探测器的暗电流大小,实现对探测器η参数的有效调制。最后通过器件能带图对MoS_2 FET光电探测器的光电特性进行了阐释,为其走向实际应用奠定了理论基础。     

基于In-Zn-Ti-O氧化物半导体材料的薄膜晶体管

在室温下制备了基于In-Zn-Ti-O氧化物半导体的薄膜晶体管,氧化物沟道层中In、Zn、Ti的摩尔比为49∶49∶2。所制备的器件场致迁移率达到9.8cm2/V.s,开关比大于105,亚阈值摆幅0.61V/dec。和未掺Ti器件的比较表明,掺Ti能使器件阈值正向变化,对场致迁移率也有提高作用。     

短沟道双栅MOSFET的亚阈值特性分析

基于泊松方程和拉普拉斯方程,结合双栅MOSFET的边界条件,采用牛顿-拉夫逊迭代法推导了双栅MOSFET亚阈值区全沟道的电势解析解。在亚阈值区电流密度方程的基础上,提出了双栅MOSFET的一个亚阈值电流模型,并获得了亚阈值摆幅的解析公式。通过对物理模型和数值模拟结果进行比较,发现在不同的器件结构参数下,亚阈值摆幅之间的误差均小于5%。