GaN基底上集成介电薄膜材料的生长方法研究

将以极化为特征、具有丰富功能特性的介电氧化物材料通过外延薄膜的方式,在半导体GaN上制备介电氧化物/GaN集成薄膜,其多功能一体化与界面耦合效应可推动电子系统单片集成化的进一步发展。然而,由于2类材料物理、化学性质的巨大差异,在GaN上生长介电薄膜会出现严重的相容性生长问题。采用激光分子束外延技术(LMBE),通过弹性应变的TiO2的缓冲层来减小晶格失配度,降低介电薄膜生长温度,控制界面应变释放而产生的失配位错,提高了介电薄膜外延质量;通过低温外延生长MgO阻挡层,形成稳定的氧化物/GaN界面,阻挡后续高温生长产生的扩散反应;最终采用TiO2/MgO组合缓冲层控制介电/GaN集成薄膜生长取向、界面扩散,降低集成薄膜的界面态密度,保护GaN半导体材料的性能。所建立的界面可控的相容性生长方法,为相关集成器件的研发提供了一条可行的新途径。     

介电/半导体功能集成薄膜的制备和特性调控

介电/半导体功能集成薄膜,主要是指将具有电、磁、声、光、热等功能特性的介电功能材料(主要是氧化物类介电功能材料)与硅、砷化镓或氮化镓等典型半导体类功能材料,以单层薄膜或多层薄膜的形式生长(甚至外延生长)在一起而形成的人工新材料,这类新材料有可能具有多功能一体化和功能特性之间的相互调制及耦合等特点,可望在新型电子和光电子器件中获得应用.介绍了介电/半导体功能集成薄膜产生的背景;从集成铁电薄膜与器件、HK/半导体集成薄膜与器件以及极性氧化物/GaN功能集成薄膜与器件等3个方面,分别介绍了介电/半导体功能集成薄膜的应用;概括介绍了介电/半导体功能集成薄膜的制备方法及特性调控.     

AlInN/GaN高电子迁移率晶体管的研究与进展

由于GaN基材料的高温性能好,AlInN/GaN异质界面具有更高的二维电子气密度,因而AlInN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有更高的工作频率和饱和漏电流,以及更强的抗辐射能力,近年来成为微波功率器件和放大电路的研究热点。首先总结了AlInN材料的基本性质,分析了AlInN/GaNHEMT的材料生长和器件结构设计,最后总结了其在高频、大功率方面的最新进展。     

氮极性GaN/In0.17Al0.83N高电子迁移率晶体管材料机理与器件特性分析

晶格匹配的氮极性(N-polar)GaN/In0.17Al0.83N异质结以其优异的材料与电特性受到了研究者的广泛关注.通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,结合准二维模型,模拟计算了 N-polar GaN/In0.17Al0.83N高电子迁移率晶体管(HEMT)相关材料与器件特性.分析显示GaN沟道层、In0.17Al...     

铁电超晶格的研究进展

铁电超晶格是由两种或两种以上的铁电材料或非铁电材料在晶胞尺度下交替生长而形成,并具有层状周期性结构的人工薄膜材料。铁电超晶格由于其中存在大量的异质界面,异常显著的界面效应使其具有优异的铁电、压电、介电和热释电等性能,甚至表现出其构成材料不具备的新功能特性。铁电超晶格不仅为研究复杂氧化物材料界面电荷和晶格之间的相互作用提供了一个理想的平台,还将在下一代集成铁电器件中发挥不可或缺的作用。随着制备和表征手段不断进步,研究人员能够在原子尺度上设计和调控铁电超晶格的微结构和化学成分以提高铁电超晶格的功能特性。铁电极化是铁电薄膜材料最基本的性质,除了用于信息存储,还在调节集成铁电器件(如压电器件、光伏器件和电热器件)的能量转换性能方面也发挥着重要作用。因此,铁电超晶格的铁电极化强度的大小直接决定了由其构成的集成铁电器件的功能特性和实际应用价值。本文首先介绍了铁电超晶格的结构特征、分类以及几种典型的功能特性,然后结合近期的研究结果重点阐述了影响铁电超晶格极化性能的几种因素,包括应变效应、静电耦合效应、缺陷效应和周期厚度等,最后展望了铁电超晶格的未来研究方向,以期为该领域的研究提供参考。     

基于薄膜SOI材料的GaN外延生长应力释放机制

本文研究了SOI衬底上采用MOCVD方法生长GaN材料的应力释放机制.采用SIMOX工艺制备的具有薄膜顶层硅的SOI材料作为外延生长的衬底材料,采用MOSS在位检测系统以及拉曼测试作为GaN内部应力的表征手段.结果表明,SOI材料对硅基GaN异质外延中的晶格失配应力和热应力的释放都有显著作用.薄膜SOI材料通过顶层硅与外延层的界面滑移,将一部分晶格失配应力通过界面的滑移释放,并且通过柔性薄膜顶层硅自身的应力吸收作用,将一部分热失配应力转移到衬底,从而有效地降低了GaN外延层的张应力.     

HfO2铁电薄膜基MFIS存储结构中的高κ介电晶籽层效应研究:铁电正交相生长和界面电荷注入抑制(英文)

HfO₂基材料铁电场效应晶体管(FeFET)商业化应用面临的一个重要挑战是其疲劳特性差.本文提出,在基于金属-铁电-绝缘层-半导体(MFIS)栅叠层结构的FeFET中研发合适的高κ界面晶籽层(SL)以大幅度提升其疲劳性能.我们在ZrO₂, HfO₂,(HfO₂)_0.75(Al₂O₃)_0.25 (HAO)和Al₂O₃等典型的高κ介电SL上制备了Hf_0.5Zr_0.5O₂ (HZO)铁电薄膜,系统研究了HZO薄膜的微观结构、铁电性及其MFIS器件的存储特性.首先,揭示了HZO薄膜中铁电正交相的形核和生长不仅受高κ介电SL表面能的影响,而且其微观结构对HZO中正交相的形成也起到重要作用.其次,澄清了高κ介电晶籽层对MFIS结构存储特性的影响,通过精确计算的MFIS结构的界面层电场,对MFIS结构的存储特性做出了合...     

影响磁控溅射制备PST/Si薄膜介电特性的几个因素

采用磁控溅射制备了Si基(Pb1-xSrx)TiO3(简称PST/Si)薄膜。测试表明,热处理工艺对PST/Si薄膜介电特性有着一定的影响,适当温度、适当时间的热处理可得到均匀致密的膜层及生长良好的晶粒,从而确保PST薄膜良好的介电特性。样品上电极材料对介电特性也有重要影响。Al较Au电极易氧化,从而易在其与PST薄膜的界面形成一氧化层,增加了串联电阻,导致介电损耗总体上要低。工作频率对材料的介电弛豫特性及漏电导等也会产生影响。     

介电材料在介电润湿器件中的应用进展

介电材料的选择以及介电层的制备是介电润湿器件制作工艺中最关键的部分,在介电润湿器件中,介电层不仅是其重要组成部分,也是影响器件实用性能和具体应用领域的关键。首先简述了介电润湿驱动的原理以及介电材料的选取原则,然后在结合国内外该领域研究现状的基础上对已报道的介电材料在各类介电润湿器件中的应用实例进行了归纳,最后对目前介电材料在应用中出现的问题以及解决方法进行了讨论。     

铅掺杂对BST铁电薄膜性能的影响

为了改善BST铁电薄膜的结晶性能,降低薄膜材料的铁电弛豫和弥散相变特性,采用改进的溶胶-凝胶(sol-gel)方法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备出了不同铅掺杂的BST薄膜(PBST).研究了PBST薄膜的微观结构及其介电、铁电性能.XRD、AFM分析表明,铅对(101、110)峰的生长促进作用最大,掺入5mol%Pb以上的PBST薄膜的结晶状况得到了明显改善;铅的引入使晶粒增大,降低了薄膜的频率色散现象,相变温区有不同程度紧缩;薄膜的介电、铁电性增强.PBST(0.80/0.20/0.05)薄膜具有适当的相变温区、合适的Tmax值、较小频率色散及比BST薄膜更为明显的介电峰与铁电性等特征,可以作为UFPA系统的探测材料.