应变层超晶格(ZnSe)_(2n)/(ZnS_xSe_(1-x))_(2n)的电子结构

本文用LCAO-Recursion方法研究了应变层超晶格(ZnSe)_(2n)/(ZnS_xSe_(1-x))_(2n)(n=1)的电子结构。计算了两种应变组态(赝晶生长,Free-Standing生长)下超晶格总的态密度,各原子的局域和分波态密度。我们发现:带隙E_g、费米能级E_f和原子价随应变的变化而变化;(ZnSe)_(2n)/(ZnS_xSe_(1-x))_(2n)超晶格中离子键和共价键共存;电子在界面附近发生了转移。     

(Si)_(2n)/(Si_(1-x)Ge_x)_(2n)(100)形变层超晶格的电子结构

本文采用经验LCAO紧束缚方法,对晶格失配的Si和Ge所形成(Si)_(?)/(Si_(1-x)Ge_x)_(?)(100)(n=1～10)形变层超晶格进行了电子结构的计算。在计入晶格常数的变化对第一近邻相互作用的影响后,给出了超晶格能隙和导带底位置随层数的变化,讨论了能带折迭和能带边不连续对Si/Ge能隙直接间接性的影响。根据形变引起的Si和Ge导带底的反转,说明了Si层中二维电子气的现象。形变后的能带,与可得到的实验和其它理论的结果比较符合。本文还计算讨论了有效质量和界面态的问题。     

超晶格(Al_xGa_(1-x)As)_m/(GaAs)_m(110)的电子能带结构

采用紧束缚的重整化方法计算了超晶格(Al_xGa_1 xAs)_m/(GaAs)_m(110)的电子能带结构(1≤m≤10)。讨论了电子能带结构随超晶格层厚m及合金组分x的变化情况。计算结果表明,对于不同的合金组分x,超晶格可以处在三个不同区域:A区,直接能隙结构,Ⅰ-型超晶格;B区,间接能隙结构,Ⅰ-型超晶格;C区,间接能隙结构,Ⅱ—型超晶格。     

超晶格GaAs/(GaAl)As(100)和GaAs/Ge(100)的电子结构

本文采用经验紧束缚方法,计算了第一类半导体超晶格(GaAs)_(nl)/(Ga_xAl_(1-x)As)_(n2)(100)和(GaAs_n/(Ge)_n(100)的电子结构。对于GaAs/(GaAl)As,得到了能带边随层数(n_1,n_2)变化的关系及带边电子态的空间分布,并得出能隙随n和组分x的变化(n_1=n_2=n≤10),结果与现有实验值和其它理论计算基本相符;对于GaAs/Ge,计算了GaAs和Ge等厚时,间接能隙随层数的变化,考察了(GaAs)_5/(Ge)_5(100)的能带结构。在两种超晶格中,本文都报道了界面态的存在,讨论了超晶格的准二维性质。     

可调能隙的光电器件结构——(AlAs)_ (n_l)/(GaAs)_(m_l)渐变周期超晶格

本文提出了一种具有渐变周期的(AlAs)_(nl)/(GaAs)_(ml)(1=1,2,…)超晶格,并采用递归方法计算了这种渐变周期超晶格的电子结构.其特点是带隙E_g在空间随(n_(?),m_(?))渐变.例如,对(AlAs)_4/(GaAs)_4(AlAs)_4、/(GaAs)_5/(AlAs)_4/(GaAs)_6/(AlAs)_4/(GaAs)_7结构,带隙由短周期一端的1.93eV变到长周期一端的1.78eV.同时导、价带边得到不同的调制,因而提高了电子与空穴电离率比值,有可能应用到作光电探测材料.     

超晶格(Ge_2)_1/(GaAs)_m(110)(m=1-20)的电子能带结构研究

在紧束缚的框架下,利用重整化方法计算了超晶格(Ge_2)_1/(GaAs)_m(110)(m=1-20)的电子能带结构。计算结果表明,对不同m的超晶格(Ge_2)_1/(GaAs)_m(110) 都具有间接能隙结构,而且间接导带底的电子状态具有明显的二维特性。单层超晶格(Ge_2)_1/(GaAs)_1(110)具有非常小的间接和直接禁带宽度。当GaAs层的层数m逐渐增加时,导带的电子状态逐渐由三维特性向二维特性过渡,但是这一过渡对布里渊区内的各点,情况都各不相同。超晶格导带底的横向色散关系当m≥10以后,基本上不再随m的增加而改变。     

(GaN)n/(AlN)n应变层超晶格的电子结构

以Free-Standing条件生长的超晶格原胞为计算模型,运用LCAO-Recursion方法研究了(GaN)n/(AlN)n(001)应变层超晶格的电子结构.由计算结果分析了GaN/AlN应变层超晶格中Ga,Al和N之间的成键情况及其带隙Eg随超晶格层数n的变化趋势;当超晶格中存在空位时,带隙中将形成缺陷能级.最后分析了在超晶格中引入Mg掺杂后对超晶格电子结构的影响.     

(Al_xGa_(1-x)As)_m/(GaAs)_m(001)超晶格的能带结构与合金组分x间的关系

采用紧束缚的重整化方法研究了(Al_xGa_(1-x)As)_m/(GaAs)_m(001)超晶格的电子能带结构与合金组分x及层厚间的变化关系。给出了临界组分x_o与层厚m间的变化关系图。并以二次函数形式给出了直接能隙和间接能隙与合金组分x间的变化关系。最后,也用Kronig—Penney模型对超晶格的电子能带结构进行了计算,并与紧束缚的计算结果进行了比较。     

(GaN)n/(AlN)n应变层超晶格的电子结构

以Free-Standing条件生长的超晶格原胞为计算模型，运用LCAO-Recursion方法研究了(GaN)n/(AlN)n (001)应变层超晶格的电子结构. 由计算结果分析了GaN/AlN应变层超晶格中Ga, Al和N之间的成键情况及其带隙Eg随超晶格层数n的变化趋势；当超晶格中存在空位时，带隙中将形成缺陷能级. 最后分析了在超晶格中引入Mg掺杂后对超晶格电子结构的影响.     

短周期(Ge)_n(Si)_n应变超晶格电子结构的自洽赝势计算

在局域密度近似下,用第一原理自洽赝势的方法计算了短周期超晶格(Ge)_1(Si)_1和(Ge)_2(Si)_2的能带结构。结果表明(Ge)_1(Si)_1是间接带,导带最低点在布里渊区的X点。(Ge)_2(Si)_2也是间接带,导带最低点在布里渊区M点附近。给出了禁带宽度及自旋轨道分裂值,并与有关的理论和实验做了比较。     

(111) Si基应变材料本征载流子浓度研究

在分析(111)Si基应变材料[应变Si/(111)Si1-xGex、应变Si1-xGex/(111)si]能带结构的基础上,获得了其态密度有效质量与应力及温度的理论关系,并在此基础上,进一步建立了300 K时(111) Si基应变材料与应力相关的本征载流子浓度模型.结果表明:应变Si/(111)Si1-xGex材料本...     

应变Si1-xGex (100)电子有效质量研究

基于结合形变势的KP理论框架,对应变Si1-xGex/(100)Si材料电子有效质量（包括导带能谷电子纵、横向有效质量,导带底电子态密度有效质量及电子电导有效质量）进行了系统的研究。结果表明：应变Si1-xGex/(100)Si材料导带能谷电子纵、横向有效质量在应力的作用下没有变化,其导带底电子态密度有效质量在Ge组份较小时随着x的增加而显著减小。此外,其沿[100]方向的电子电导有效质量随应力明显降低。以上结论可为应变Si1-xGex/(100)Si材料电学特性的研究提供重要理论依据。     

Si1-xGex/Si应变材料的生长及热稳定性研究

利用分子束外延（MBE）技术生长了Ge组份为0.1-0.46的Si1-xGex外延层。X射线衍射线测试表明，SiGe/Si异质结材料具有良好的结晶质量和陡峭界面，其它参数与可准确控制。通过X射线双晶衍射摆曲线方法，研究了经700℃、800℃和900℃退火后应变SiGe/Si异质结材料的热稳定性。结果表明，随着退火温度的提高，应变层垂直应变逐渐减小，并发生了应变弛豫，导致晶体质量退化；且Ge组分越小，Si1-xGex应变结构的热稳定性越好；室温下长时间存放的应变材料性能稳定。     

(001)、(101)、(111) 双轴应变Si、应变SiGe空穴散射机制

本文基于费米黄金法则和波尔兹曼碰撞项近似理论,对Si基应变材料各空穴散射机率与应力强度、晶向的关系进行了深入的研究。结果表明：1）在应力的作用下,Si基应变材料总散射几率明显降低;2）当Ge组分为0.2时,总散射几率量化排序为应变Si/(111)Si1-xGex>应变Si/(101)Si1-xGex>应变Si1-xGex/(111)Si>应变Si1-xGex/(101)Si>应变Si/(001)Si1-xGex>应变Si1-xGex/(001)Si;3）应力作用下空穴声学声子散射几率的降低是引起Si基应变材料总散射几率降低的主要原因。本文量化结论可为Si基应变及其他应变材料的相关研究提供重要理论参考。     

应变Si/(001)Si_(1-x)Ge_x价带结构

应变SiCMOS技术是当前国内外研究发展的重点,在高速/高性能器件和电路中有极大的应用前景。基于(001)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的张应变Si的价带E(k)-k关系模型,研究获得了[100]和[001]晶向的价带结构及相应的空穴有效质量。结果表明,与弛豫材料相比,应变引起了应变Si/(001)Si1-xGex价带顶的劈裂,且同一晶向族内沿[001]和[100]两个晶向的价带结构在应力的作用下不再对称,相应的空穴有效质量随Ge组份有规律地变化。价带空穴有效质量与迁移率密切相关,该结论为Si基应变PMOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供了重要理论依据。     

Subband structure and effective mass of relaxed and strained Ge (1 1 0) PMOSFETs

Effective mass and mobility of strained Ge (1 1 0) inversion layer in PMOSFET are studied theoretically in this paper. The strain condition considered in the calculations is the intrinsic strain resulting from growing the Ge layer on the (1 1 0) Si substrate. The quantum confinement effect resulting from the vertical effective electric field is incorporated into the k · p calculation. Various effective masses, such as quantization effective mass, m_z, density of states effective mass, m_DOS, and conductivity mass, m_C, as well as the hole mobility of strained Ge (1 1 0) inversion layer for PMOS under substrate strain and various effective electric field strengths are all investigated.     

Effective mass and mobility of holes in strained Si1-xGex layers on (001) Si1-yGey substrate

The directional density-of-state effective masses of the valence bands of a strained Si_1-xGe_x layer for the (001) growth direction are calculated using k×p and strain Hamiltonians. The mobilities are then calculated as functions of temperature and doping concentration for various Ge contents using the relaxation time approximation and the known valence-band structure. The nonparabolicity and warped nature of the valence bands are included in the mobility calculation. Under the biaxial strain present in the film, all the directional effective masses except the longitudinal heavy hole mass at the Γ point are shown to be strongly affected by the strain. Comparatively, the strain effect becomes weak for large k values. The mobility of the strained layer becomes anisotropic under strain. Both the longitudinal and the transverse mobilities are higher than that of the relaxed alloy with the same Ge content     

应变Si_(1-x)Ge_x材料掺杂浓度的表征技术

在分析研究Si1 -xGex 材料多子迁移率模型的基础上,建立了Si1 -xGex 材料电阻率与其Ge组分、掺杂浓度及温度关系的曲线谱图.同时,通过对半导体材料掺杂浓度各种表征技术的分析和实验研究,提出了采用四探针法表征Si1 -xGex 材料掺杂浓度的技术.此表征技术与Si材料掺杂浓度的在线检测技术兼容,且更加简捷.此表征技术的可行性通过实验及对Si1 -xGex 材料样品掺杂浓度的理化分析得到了验证     

第一性原理研究应变Si/(001)Si_(1-X)Ge_X能带结构

应变SiCMOS技术是当前研究发展的重点,其材料的能带结构是研究设计高速/高性能器件和电路的理论基础。基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(001)Si1-XGeX(X=0.1～0.4)的能带结构进行了研究,结果表明:应变消除了价带带边和导带带边的简并度;应变几乎没有改变电子有效质量,而沿[100]方向空穴有效质量随着Ge组份的增加而显著变小;导带劈裂能、价带劈裂能、禁带宽度与Ge组份X的拟合结果都是线性函数关系。以上结论为Si基应变MOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供了重要理论依据。     

应变致能带分裂对Si_（1－x）Ge_x应变层中重掺杂禁带窄变的影响

针对应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ的应变致能带分裂及重掺杂对裂值的影响，提出了多子双带结构的等价有效简并度模型和有关算法。模型中考虑了非抛物线能带结构。应用该模型，计算了赝形生长在（１００）Ｓｉ衬底上的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ应变层的重掺杂禁带窄变，发现当掺杂超过一定浓度（对于ｐ型和ｎ型合金，该浓度分别约为１．９×１０１９ｃｍ－３和３．５×１０１９ｃｍ－３）后，它在某一Ｇｅ组分下得到极大值，而当掺杂低于这个浓度时，它则随Ｇｅ组分的增加单调下降。文中还将计算结果与其它未细致考虑应变致能带分裂因素的理论工作进行了比较。