硅纳米晶的制备和电荷储存特性

在Si/SiO2/Si衬底上通过真空热处理生长了硅纳米晶,利用原子力显微镜对硅纳米晶注入电荷,在静电力模式下研究了硅纳米晶的充放电特性．实验结果表明,硅纳米颗粒充电后电荷可以保存10h以上,同时可以在几秒内快速放电．电荷储存于纳米颗粒内部和表面,不会向外扩散．     

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。     

纳米晶非挥发性存储器研究进展

介绍了纳米晶非挥发性存储器的发展状况和基本工作原理,比较了纳米晶非挥发性存储器所涉及到的各种不同的电荷输运机制,系统介绍了纳米晶非挥发性存储器在纳米晶材料设计、纳米晶晶体生长控制方法、隧穿/控制介质层工程和新型存储器器件结构等方面的一些最新研究进展,对纳米晶非挥发性存储器的研究趋势进行了展望。     

基于硅纳米晶的非挥发存储器制备与存储特性

硅纳米晶非挥发存储器由于其卓越的性能以及与传统工艺的高度兼容性,近来引起高度关注。采用两步低压化学气相淀积(LPCVD)生长方式制备硅纳米晶(Si-NC),该方法所制备的硅纳米晶具有密度高、可控性好的特点,且完全兼容于传统CMOS工艺。在此基础上制作四端硅纳米晶非挥发存储器,该器件展示出良好的存储特性,包括10 V操作电压下快速地擦写,数据保持特性的显著提高,以及在105次擦写周期以后阈值电压(Vt)飘移低于10%的良好耐受性。该器件在未来高性能非挥发存储器应用上极具潜质。     

纳米晶浮栅存储器的模拟、制备和电学特性

介绍了在纳米晶浮栅存储器数据保持特性方面的研究工作,重点介绍了纳米晶材料的选择与制备和遂穿介质层工程。研究证明,金属纳米晶浮栅存储器比半导体纳米晶浮栅存储器具有更好的电荷保持特性。并且金属纳米晶制备方法简单,通过电子束蒸发热退火的方法就能够得到质量较好的金属纳米晶,密度约4×1011cm-2,纳米晶尺寸约6～7nm。实验证明,高介电常数隧穿介质能够明显改善浮栅存储器的电荷保持特性,所以在引入金属纳米晶和高介电常数遂穿介质之后,纳米晶浮栅存储器可能成为下一代非挥发性存储器的候选者。     

纳米晶存储特性的研究

常温下硅纳米晶构成的MOSFET存储器具有低压、低功耗、体积小、高剂量和快速读写等优良特性,在ULSI中有重要的应用前景.它是当前ULSI研究中的一项热门专题,在国外一些著名刊物上屡见报道.本文介绍了这种器件的存储特性及其机理与最新研究进展.     

单晶纳米硅薄膜的制备及其场发射特性

用小电流、特殊配比溶液的电化学阳极腐蚀法在p型、〈100〉晶向、0.01Ω·cm电阻率的硅片制备了大面积纳米硅薄膜.通过SEM,TEM,XRD和Raman光谱技术分析薄膜颗粒的微细结构.实验结果表明该纳米硅薄膜由直径为10～20nm,晶向一致的颗粒紧密排列而成,具有很好的物理化学稳定性.系统研究了薄膜结构特征和溶液配比、腐蚀时间、腐蚀电流密度的关系.成功观察到该薄膜具有很好的场发射特性,在0.1μA/cm2电流密度下,其开启电场为3V/μm,接近碳纳米管的1.1V/μm.     

铁氧体纳米晶声化学制备和微结构HRTEM研究

应用声化学方法，分别以FeCl2／尿素、ZnCl2／FeCl2／尿素、FeCl2／FeCl3／尿素水溶液作为前期反应物获得Fe3O4、ZnxFe3-x、O4、α-Fe2O3纳米晶，结合XRD、TEM、SAED、HRTEM表征手段对产物进行了研究。对纳米晶声化学形成机理和微结构演化过程进行了分析、讨论，并对铁氧体的微结构与磁、电性能之间的关系加以探讨．     

硅纳米晶存储器的耐受性研究

首先介绍了硅纳米晶粒的制备工艺以及硅纳米晶存储器件的基本特性。接着重点探讨了硅纳米晶存储器耐久性退化的物理机制,发现应力引起的界面陷阱是耐受性退化的主要原因。随后,同时采用多种分析手段,如电荷泵法和CV曲线分析法对界面陷阱的退化机理进行了更深入细致的研究。从界面陷阱在禁带中的能级分布中发现,相较于未施加应力时界面陷阱的双峰分布,施加应力后产生了新的Pb1中心的双峰。最后,分别从降低擦写电压和对载流子预热的角度提出了三种新的编程方法,有效提高了硅纳米晶存储器件的耐受性。     

纳米晶材料的软化学制备技术

介绍了软化学制备纳米晶材料的各种制备方法及其优缺点。重点介绍了沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、低温燃烧合成和溶胶-凝胶自燃烧法的工艺原理、特点及其合成实例。     

Charge Transport Characteristics in Boron-Doped Silicon Nanowires

We report the charge transport and inferred surface depletion characteristics of silicon nanowires (Si NWs) with diameters of 90–170 nm after boron doping to $hbox{8}times hbox{10}^{17}$ and $hbox{4} times hbox{10}^{19} hbox{cm}^{-3}$ by a proximity diffusion doping technique. Four-probe current–voltage measurements were performed to obtain the NW resistivity, and the electrically active dopant concentration and surface oxide charge density were extracted by varying the NW diameter. The Ti/Au to Si NW contact resistance and specific contact resistivity were also obtained, and specific contact resistivities as low as $hbox{2} times hbox{10}^{-5} Omega cdot hbox{cm}^{2}$ were achieved. The derived parameters for these ex situ boron-doped Si NWs agree reasonably well with the expected characteristics and earlier reported results for in situ boron-doped Si NWs. Interface charge creates a surface depletion region in p-type Si NWs, which decreases the conducting area of the NW. This effect increases the NW resistance and becomes increasingly significant with decreasing dopant concentration and NW diameter. A simple method is presented to estimate the relative influence of surface charge density on electrical transport in NWs for this case.      

金纳米粒子作掩模的硅纳米柱阵列的加工

利用自组装的方法在硅基片表面形成一层均匀的金纳米粒子掩模,分析了偶联剂对自组装的影响,以金纳米粒子作掩模进行反应离子刻蚀,研究了刻蚀时间对硅纳米柱阵列的影响,提供了一种简单、便宜并且有效的在硅基底上大面积形成纳米柱阵列的纳米加工方法。实验中发现,超过一定刻蚀时间时,有过刻蚀现象发生,在120 s刻蚀时间下,得到了直径小于20 nm,深宽比高达10∶1以上规则、致密、大面积分布的硅纳米柱或硅纳米锥状结构。     

硅纳米颗粒和多孔硅的荧光光谱研究

采用不同氧化电流密度制备多孔硅,利用超声波粉碎多孔硅层得到硅纳米颗粒,研究了多孔硅和硅纳米颗粒的荧光光谱性质。结果表明,随着氧化电流密度的增加．多孔硅的发光峰值波长向短波方向“蓝移”。硅纳米颗粒相对多孔硅发光强度提高,峰值波长也发生“蓝移”,观察到硅纳米颗粒极强的蓝紫光发射(≈400nm)现象。表明量子限制效应和表面态对多孔硅和硅纳米颗粒的PL性质有重要作用,并用量子限制效应发光中心模型对实验现象进行了解释。     

Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究

这一研究工作模拟计算了 Ge/ Si复合纳米结构 MOSFET存储器的擦写和存储时间特性。结果表明 ,Ge/ Si复合纳米结构存储器在低压下即可实现 μs和 ns量级编程。与 Si纳米结构存储器相比 ,由于 Ge/ Si复合势阱的作用 ,器件的电荷保留时间提高了 3～ 5个量级 ,有效地解决了快速擦写编程与长久存储之间的矛盾 ,使器件的性能得到明显改善。     

Motility of Metal Nanoparticles in Silicon and Induced Anisotropic Silicon Etching

The autonomous motion behavior of metal particles in Si, and the consequential anisotropic etching of silicon and production of Si nanostructures, in particular, Si nanowire arrays in oxidizing hydrofluoric acid solution, has been systematically investigated. It is found that the autonomous motion of metal particles (Ag and Au) in Si is highly uniform, yet directional and preferential along the [100] crystallographic orientation of Si, rather than always being normal to the silicon surface. An electrokinetic model has been formulated, which, for the first time, satisfactorily explains the microscopic dynamic origin of motility of metal particles in Si. According to this model, the power generated in the bipolar electrochemical reaction at a metal particle's surface can be directly converted into mechanical work to propel the tunneling motion of metal particles in Si. The mechanism of pore and wire formation and their dependence on the crystal orientation are discussed. These models not only provide fundamental interpretation of metal‐induced formation of pits, porous silicon, and silicon nanowires and nanopores, they also reveal that metal particles in the metal/Si system could work as a self‐propelled nanomotor. Significantly, it provides a facile approach to produce various Si nanostructures, especially ordered Si nanowire arrays from Si wafers of desired properties.     

Germanium Nanograin Decoration on Carbon Shell: Boosting Lithium‐Storage Properties of Silicon Nanoparticles

A novel heterostructured Si@C@Ge anode is developed via a two‐step sol–gel method. A facile and straightforward Ge decoration significantly boosts the Li‐storage performance of core–shell Si@C nanoparticles on both mechanics and kinetics. The Si@C@Ge anode shows unprecedented electrochemical performance in terms of accessible capacity, cycling stability, and rate capability when compared to those of a core–shell Si@C anode. Based on the experimental results and analysis of the mechanism, it is evident that high‐conductivity Ge nanograins on the surface facilitates the Li diffusivity and electron transport and guarantees high ion accessibility. Moreover, it is the Ge nanograins that serve as buffering cushion to tolerate the mechanic strain distribution on the electrode during lithiation/delithiation processes.     

硅中Mo-B络合物的电荷分布

我们对硅中Mo-B络合物的电子态作了SW-Xα自洽计算.通过体系电荷分布分析,结合前文Pd-B络合物的结果,对已被广为接受的描写间隙位过渡金属杂质和替代位IIIA族受主杂质络合物的离子模型的正确性提出了怀疑.     

纳米硅微结构的测量与控制

文章应用电化学方法获得了纳米硅微粒材料。通过TEM的分析测算,知其平均粒度在2－5nm之间。在暗室中,能见其萤光辐射。并在同一溶液中,采用不同电流密度和反应时间,制作了不同的硅微粒薄膜样品;利用基于分形理论和计算机图像处理技术的软件,对样品电镜照片的图像灰度值进行计算及数据处理,求得了相应样品的分形参数,找到了分形参数随微粒大小及密度而变化的规律。提出了获得均匀一致、粒径可控的纳米硅材料的新方法。     

电容器贮存电荷能力与可靠性

试图探讨铝电解电容器贮存电荷的能力与电容器可靠性之间的关系。用自放电电压的高低来判定电容器的质量。用铝电解电容器常规的三参数(电容量、漏电流、损耗角正切值)检验电容器的可靠性有一定的局限性,而电容器贮存电荷的能力却与电容器的可靠性之间更有直接的关系,实验证明:在其他条件一定的情况下,电容器自放电电压越高,电容器的可靠性越高。