一种硅纳米梁负载-偏转特性的多尺度模型

根据能量法,提出了一种用于分析硅纳米梁静态弯曲的多尺度模型,与传统的连续介质模型相比,该模型考虑了梁厚度方向进入纳米尺度所带来的物理特性。因此,可以适用于纳米尺寸到宏观尺寸的硅梁,计算结果表明,当梁的尺寸达到纳米量级后表面原子的弛豫效应对梁的弯曲也有很大的影响,将该模型分析结果与连续介质模型进行了比较,在宏观尺寸下两种模型趋于一致。     

碳纳米管场效应晶体管电子输运特性的研究

由于硅器件尺寸不断缩小至纳米尺度,人们因此对纳米尺度器件开展了理论与结构方面的广泛而深入的研究,其中最重要的纳米尺度器件是基于碳纳米管的电场效应器件并被称为碳纳米管场效应晶体管(CNTFET).本文分析了碳纳米管场效应晶体管沟道电子的传输特性,并给出了用器件端子参数描述的器件I-V特性方程表达式,计算了器件的I-V特性曲线并把结果与纳米器件专用分析软件nanoMOS-2.0给出的结果作了比较,发现本文模型的计算结果均大于nanoMOS-2.0给出的结果,表明本文模型尚需进一步的深入分析和优化.     

微纳米SiGe-SOI弯曲波导的设计

在绝缘体上硅(Silicon-on-insulator,SOI)材料的基础上,建立了SiGe-SOI微纳米尺寸的光波导结构模型,选取了损耗较小的S型SiGe-SOI弯曲光波导进行设计,并对其直波导和弯曲波导的模场进行了分析。设计中采用保角变换和三维全矢量BPM算法相结合的方法,对SiGe-SOI弯曲光波导进行了弯曲损耗分析,得到了弯曲半径对弯曲损耗的影响,给出了影响微纳米SiGe-SOI弯曲光波导设计的敏感参数。最后根据理论分析的结果,绘制了不同宽度的光波导版图,制作了微纳米SiGe-SOI弯曲光波导,并对其进行了测试分析,最终实验结果与理论分析一致,从而验证了该设计方法和理论分析的正确性。     

表面效应对压电纳米梁弯曲行为的影响

基于Euler-Bernouli模型,分析了表面效应对压电纳米梁弯曲行为的影响。基于表面弹性理论和"核壳"模型,采用表面能模型引入表面效应的影响。通过最小势能原理建立起包含表面效应及压电效应的压电纳米梁弯曲行为的控制方程和边界条件。讨论了表面效应对氧化锌悬臂梁结构的压电纳米梁弯曲变形及其产生的感应电荷的影响。结果表明,表面效应使得压电纳米梁的弯曲变形变小,感应电荷量减少。这些结论对设计、校正和测量压电纳米梁及其为基础的纳米器件具有重要的指导意义。     

纳米梁非线性振动的动力学分析

当MEMS谐振梁的尺寸进一步缩小到nm量级时,实验表明在外部激励的作用下,器件运动状态更容易从线性区进入到非线性区。考虑纳米梁的轴向非线性伸长因素,利用连续体弹性理论建立了物理模型,并利用该模型分析了纳米梁的幅频特性和纳米梁非线性产生的物理机制。分析结果与已有的实验报道结果相符。     

P型硅纳米板压阻特性的理论研究

考虑量子尺寸效应与自旋轨道耦合作用,从含有应变的6×6 Luttinger-Kohn哈密顿量出发,采用有限差分方法建立了p型硅纳米板的能带结构模型.基于硅纳米板压阻特性与其能带结构的相关性,采用改进的压阻理论定量分析了厚度、杂质浓度与温度对其压阻系数的影响.研究结果表明:量子尺寸效应强烈改变了硅纳米板的能带结构,是其压阻系数增大的主要因素,而自旋轨道耦合作用仅对含较高应变的硅纳米板的能带结构有较大影响;硅纳米板的压阻系数具有尺寸效应,随厚度减小而增大,随杂质浓度增加或温度升高而减小.在高简并条件下,硅纳米板的压阻系数与温度无关,完全由杂质浓度的大小控制;在非简并条件下,情况刚好相反.最后,利用施加应力前后空穴等能面形状的变化定性分析了硅纳米板压阻特性的起源.     

锗硅纳米晶材料光学性质的第一性原理研究

为了研究锗硅纳米镶嵌结构的光学性质与晶粒尺寸之间的关系,采用基于第一性原理局域密度泛函理论的平面波近似方 法对SiO2基质中的不同纳米晶粒模型进行了模拟计算,并分析了其能带结构、态密度和光学性质。结果表明,锗晶结构和硅晶结构分别 在费米能级以上3.3eV及4.3eV附近引入中间能级;微小尺寸晶粒的光吸收边随晶粒尺寸的增大先红移后蓝移。本文关于锗硅纳米晶结构 的可见光发射来自界面处缺陷的说法具有较高的可信度。镶嵌于SiO2基质中的锗纳米晶和硅纳米晶存在适用量子限制模型的最小尺寸限。 这些结论为改进材料的光学性能和深入研究纳米镶嵌材料的发光机理提供了一定的依据。     

P型硅纳米板压阻特性的理论研究

考虑量子尺寸效应与自旋轨道耦合作用,从含有应变的6×6 Luttinger-Kohn哈密顿量出发,采用有限差分方法建立了p型硅纳米板的能带结构模型.基于硅纳米板压阻特性与其能带结构的相关性,采用改进的压阻理论定量分析了厚度、杂质浓度与温度对其压阻系数的影响.研究结果表明:量子尺寸效应强烈改变了硅纳米板的能带结构,是其压阻系数增大的主要因素,而自旋轨道耦合作用仅对含较高应变的硅纳米板的能带结构有较大影响;硅纳米板的压阻系数具有尺寸效应,随厚度减小而增大,随杂质浓度增加或温度升高而减小.在高简并条件下,硅纳米板的压阻系数与温度无关,完全由杂质浓度的大小控制;在非简并条件下,情况刚好相反.最后,利用施加应力前后空穴等能面形状的变化定性分析了硅纳米板压阻特性的起源.     

纳米级MOSFET器件模拟的载流子输运模型

随着半导体微细加工技术的发展,预计硅SOC的集成度可达万亿个晶体管,单个晶体管的尺寸将达到10nm范围内。因此从理论上研究纳米尺寸器件的性能和特性对发展超大规模集成电路尤为重要。综述了纳米级MOSFET器件数值模拟的量子模型,以及在该模型下用到的几种载流子输运模型,并结合模拟结果对这一模型作了评价。     

三层材料微悬臂梁模型及其在红外焦平面像元设计中的应用

双材料梁因其良好的热机械特性作为敏感部件被广泛用于热能传感器中.采用微电子工艺实现的双材料梁通常由金属和非金属作为主要功能材料构成,若两层材料之间粘附性差,则需加入一层粘附材料.根据材料力学热应力和弯拉组合理论,建立了用于分析具有中间粘附层的复合双材料(即三层材料)微悬臂梁的关于材料物理参数、结构尺寸与梁受热弯曲产生转角关系模型;利用此模型和工艺中常用材料,研究了三层材料微悬臂梁的材料选取、各层材料厚度匹配等优化设计问题.通过对像元仿真和对硅工艺制造的红外焦平面阵列(IRFPA)芯片进行测试,验证了模型的正确、合理和适用性.