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。     

(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。     

应变Si/(111)Si1-xGex带边能级计算

采用结合形变势理论的k.p微扰法计算了（111）面弛豫Si1-xGex衬底生长双轴应变Si材料的带边能级。结果表明,应变Si/(111)Si1-xGex材料导带简并度与弛豫Si材料相同,价带带边简并度在应力的作用下部分消除,导带和价带带边能级均随着Ge组份（x）的增加而增加。此外,本文还给出了禁带宽度、价带劈裂能随Ge组份（x）的函数关系。以上量化结论可为Si基应变器件设计提供有价值的参考。     

应变Si_(1-x)Ge_x(001)空穴有效质量各向异性

利用应变Si1-xGex技术提高空穴迁移率是当前国内外关注的研究领域和研究发展重点。基于KP理论框架,研究获得了应变Si1-xGex/(001)Si材料沿不同晶向及各向同性空穴有效质量。结果表明,应变Si1-xGex/(001)Si带边[1-11]、[001]、[1-10]、[-110]和[100]晶向空穴有效质量在压应力的作用下变化明显,其各向异性更加显著。此外,当Ge组份较大时,带边和亚带边空穴各向同性有效质量接近,传统的"重空穴"和"轻空穴"概念失去意义。价带空穴有效质量与迁移率密切相关,该研究成果为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。     

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。     

(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。     

(101)面生长双轴应变Si带边模型

采用结合形变势理论的k·p微扰法建立了(101)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的双轴应变Si的带边模型. 结果表明：［001］, ［001］,［100］及［100］方向能谷构成了该应变Si的导带带边,其能量值随Ge组分的增加而增加;导带劈裂能与Ge组分成正比例线性关系;价带三个带边能级都随Ge组分的增加而增加,而且Ge组分越高价带带边劈裂能值越大;禁带宽度随着Ge组分的增加而变小. 该模型可获得量化的数据,为器件研究设计提供有价值的参考.     

(101)面生长双轴应变Si带边模型

采用结合形变势理论的k·p微扰法建立了(101)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的双轴应变Si的带边模型.结果表明:[001],[001],[100]及[100]方向能谷构成了该应变Si的导带带边,其能量值随Ge组分的增加而增加;导带劈裂能与Ge组分成正比例线性关系;价带三个带边能级都随Ge组分的增加而增加,而且Ge组分越高价带带边劈裂能值越大;禁带宽度随着Ge组分的增加而变小.该模型可获得量化的数据,为器件研究设计提供有价值的参考.     

应变Si/(001)Si_(1-x)Ge_x能带结构模型

应变Si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。采用结合形变势理论的K.P微扰法建立了(001)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的张应变Si的能带结构模型。结果表明:[001]、[001]方向能谷构成了张应变Si导带带边,其能量值随Ge组分的增加而变小;导带劈裂能与Ge组分成线性关系;价带三个带边能级都随Ge组分的增加而增加,而且Ge组分越高价带带边劈裂能值越大;禁带宽度随着Ge组分的增加而变小。该模型可获得量化的数据,对器件研究设计可提供有价值的参考。     

单原子层应变超晶格(Si)_1/(Si_(1-x)Ge_x)_1(100)的电子结构

在计入应力的紧束缚框架之下计算了单原子层应变超晶格(Si)_1/(Si_1-xGo_x)_1的电子结构.对应于不同应变条件,得出能隙随组分的变化,并结合能带边不连续的变动加以考察.超晶格取Si(或Ge)晶格常数后能隙随组分的非单调变化源自合金受相同应力后能隙的类似特点.超晶格能带及态密度均呈现类Si的闪锌矿结构对称性.在虚晶近似得出的能隙和电子状态密度的基础上,利用相干势近似作了进一步的修正.     

Si_(1-x)Ge_x材料和双极型器件的进展

Ｓｉ１－ｘＧｅｘ材料具有许多优良的性质,高质量的应变外延层可以把能带工程的概念引入到Ⅳ族器件之中。外延Ｓｉ１－ｘＧｅｘ基区的异质结双极型晶体管（ＨＢＴ）获得了优良的性能,并且,其具有可以同硅工艺兼容的优点,把Ｓｉ１－ｘＧｅｘ同Ｓｉ集成的ＢｉＣＭＯＳ工艺取得了很大的发展,已经达到了工业应用的水平。Ｓｉ１－ｘＧｅｘ工艺的发展,电路速度的提高,也促进了微波集成电路的进步,提高了ＳｉＭＭＩＣ的应用频段。从目前的发展现状来看,已经达到了在射频（ＲＦ）通信中广泛应用的阶段。     

Photoluminescence Properties of Si1—xGex／Si Strained Layer Structures

The investigation on optical properties of Si1-xGex/Si strained layer structures has been carried out actively in recent years.The photoluminescence has be-come a brisker subject in the studies of its various optical properties.A research develop-ment to photoluminescence properties of some new Si1-xGex/Si strained layer struc-tures is introduced.