溶胶-凝胶法制备Bi2O3-ZnO-Nb2O5薄膜及GaNMIS结构C-V特性

采用溶胶-凝胶法制备出高介电常数的Bi2O3-ZnO-Nb2Os(BZN)薄膜.总结出适合作为GaN金属-绝缘层-半导体场效应晶体管(MIS FET)栅介质的BZN薄膜的原料配比、烧结温度和保温时间等工艺参数,解决了原料溶解、粘稠度、浸润度等工艺问题.同时,结合半导体工艺制造出以BZN薄膜为绝缘介质的GaN MIS结构,通过测量到的高频C-V特性曲线,得到薄膜的相对介电常数为91,MIS结构的强反型电压为-3.4V,平带电压为-1.9V.     

GaN基MFS结构C-V特性研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在n型GaN衬底上制备了PZT铁电薄膜及其相应的金属-铁电体-半导体(MFS)结构,测量了该MFS结构的C-V特性,从理论上分析了所制备的MFS结构的阈值特性.阈值电压的实验与理论分析结果吻合较好.采用PZT铁电薄膜作为GaN基MFS结构的栅介质,利用其高介电常数和较强的极化电场可以显著降低GaN基MFS器件的工作电压.     

金属-铁电体-GaN结构研究

以铁电体Pb(Zr0.53Ti0.47)O3取代传统绝缘栅氧化物制备了GaN基金属-绝缘层-半导体(MIS)结构.由于铁电体具有较强的极化电场和高介电常数,GaN基金属-铁电体-半导体(MFS)结构的电容-电压特性与其他GaN基MIS结构相比较得到了显著的提高.GaN基MFS结构中GaN激活层达到反型时的偏压小于5V,这和硅基电子器件和集成电路的工作电压一致,而且结果表明GaN层的载流子浓度比其背景载流子浓度减小了一个数量级.因此,GaN基MFS结构对于GaN基场效应晶体管的实际应用具有重要的意义.     

金属-铁电体-GaN结构研究

以铁电体Pb(Zr0.53Ti0.47)O3取代传统绝缘栅氧化物制备了GaN基金属-绝缘层-半导体(MIS)结构.由于铁电体具有较强的极化电场和高介电常数,GaN基金属-铁电体-半导体(MFS)结构的电容-电压特性与其他GaN基MIS结构相比较得到了显著的提高.GaN基MFS结构中GaN激活层达到反型时的偏压小于5V,这和硅基电子器件和集成电路的工作电压一致,而且结果表明GaN层的载流子浓度比其背景载流子浓度减小了一个数量级.因此,GaN基MFS结构对于GaN基场效应晶体管的实际应用具有重要的意义.     

高阈值电压低界面态增强型Al2O3/GaN MIS-HEMT

采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺并结合高温氮气氛围退火技术,制备出了高阈值电压的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMT)。采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺刻蚀AlGaN层,并在AlGaN/GaN界面处自动终止刻蚀,可有效控制刻蚀的精度并降低栅槽表面的粗糙度。同时,利用高温氮气退火技术能够修复Al_2O_3/GaN界面的界面陷阱,并降低Al_2O_3栅介质体缺陷,因此能够减少Al_2O_3/GaN界面的界面态密度并提升栅极击穿电压。采用这两项技术制备的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN MIS-HEMT具有较低的栅槽表面平均粗糙度(0.24 nm)、较高的阈值电压(4.9 V)和栅极击穿电压(14.5 V)以及较低的界面态密度(8.49×10¹¹ cm^-2)。     

锆钛酸铅成分梯度薄膜的介电及铁电性能研究

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法,通过快速热处理,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出Pb(Zr,Ti)O3成分梯度薄膜。经俄歇微探针能谱仪(AES)对制备的上梯度薄膜进行了成分深度分析,结果证实其成分梯度的存在。经XRD分析表明,制备的梯度薄膜为四方结构和三方结构的复合结构,但其晶面存在一定的结构畸变。经介电温谱测试表明,随着温度的升高,梯度薄膜出现一个铁电-铁电相变点和两个居里点,同时出现一定的频率弥散现象。经-εV特性曲线测试表明,梯度薄膜的介电常数-电压(-εV)及介质损耗-电压(tan-δV)曲线呈现典型的双峰特性,并且左右不对称。经不同偏压下电滞回线的测试表明,梯度薄膜表现出良好的铁电性质。     

立方相ZnMgO的电学特性

在半导体硅衬底上沉积C-ZnMgO纳米薄膜,并做成金属-绝缘体-半导体(MIS)结构.通过测试MIS结构的C-V曲线,计算得到C-ZnMgO材料的介电常数为10.5±0.5,并获得了介电常数的频率响应在1～8MHz的频率范围内,介电常数由10.5降到6.4.通过测试MIS结构的I-V特性曲线,对漏电流产生原因进行了讨论与分析.     

ICPCVD-SiN_x对GaN/AlGaN基紫外探测器的钝化效果的研究

采用ICPCVD-SiNx薄膜对GaN/A1GaN基紫外探测器进行钝化,从薄膜绝缘特性、钝化效果两方面,对ICPCVD-SiNx、磁控溅射-SiOx、PECVD-SiOx和PECVD-SiNx四种钝化膜进行对比.制作了钝化膜/GaN MIS器件,通过测试MIS器件漏电流密度和薄膜击穿电场的大小表征薄膜绝缘性能,结果表明ICPCVD-SiNx对应的MIS器件的漏电特性最好,外加偏压为100 V时,其漏电流密度保持在1×10-7 A/cm2以下,薄膜击穿电场大于3.3 MV/cm.采用不同钝化方法制作了p-i-n型AlGaN基紫外探测器,通过计算钝化前后器件暗电流的变化,表征不同钝化方法的钝化效果.结果表明ICPCVD-SiNx钝化的器件,其暗电流比其他钝化方法的器件小近两个数量级,在-5V偏压下暗电流密度为7.52 A/cm2.     

Al/C60/Cu薄膜结构的电学性质

将C60薄膜沉积在Al上,制成了Al/C60结构的薄膜二极管。对Al/C60结构的肖特基结构与金属-绝缘层-半导体(MIS)结构的电学特性做了研究。Al/C60肖特基结构在偏压±2 V时的整流比为30,而Al/C60的MIS结构在偏压±2 V时整流比为100。在MIS结构中,AlOx的形成起着关键的作用。研究还发现,刚沉积好的薄膜二极管,其整流效应并不理想,在真空中经退火处理后,其性能得到增强。此二极管在空气中无封装情况下表现出高稳定性。     

立方相ZnMgO的电学特性

在半导体硅衬底上沉积C-ZnMgO纳米薄膜,并做成金属-绝缘体-半导体(MIS)结构.通过测试MIS结构的C-V曲线,计算得到C-ZnMgO材料的介电常数为10.5±0.5,并获得了介电常数的频率响应:在1～8MHz的频率范围内,介电常数由10.5降到6.4.通过测试MIS结构的I-V特性曲线,对漏电流产生原因进行了讨论与分析.     

基于HfO2栅介质的Ga2O3 MOSFET器件研制

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在(010) Fe掺杂半绝缘Ga2O3同质衬底上外延得到n型β-Ga2O3薄膜材料,材料结构包括400 nm的非故意掺杂Ga2O3缓冲层和40 nm的Si掺杂Ga2O3沟道层.基于掺杂浓度为2.0×1018 cm-3的n型β-Ga2O3薄膜材料,采用原子层沉积的25 nm的HfO2作为栅下绝缘介质层,研制出Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET).器件展示出良好的电学特性,在栅偏压为8V时,漏源饱和电流密度达到42 mA/mm,器件的峰值跨导约为3.8 mS/mm,漏源电流开关比达到108.此外,器件的三端关态击穿电压为113 V.采用场板结构并结合n型Ga2O3沟道层结构优化设计能进一步提升器件饱和电流和击穿电压等电学特性.     

面向激光防护应用的金刚石/V2O5 膜系设计与制备

针对目前激光对红外光电传感器的威胁,为满足红外传感器在可见光与3~5 m波段高透射,低于3 m波段高反射的使用要求,采用光学金刚石作为红外窗口材料,采用具有热致相变特性的V2O5薄膜作为激光防护涂层,采用ZnS和YbF3作为高低折射率材料,依据膜系设计理论设计具有抗激光致盲能力的红外增透膜并采用TFCalc优化膜系。采用离子辅助法制备增透膜,采用磁控溅射法在实验制备增透膜上制备V2O5涂层。采用扫描探针显微镜对光学薄膜的表面三维形貌及粗糙度进行测试分析,对薄膜进行红外光谱测试分析,结果满足使用设计要求。     

基片温度对基于Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7栅绝缘层的ZnO基TFT性能的影响

在不同基片温度(RT、300、400、500和600℃)下,采用射频磁控溅射法制备了ZnO薄膜和BZN薄膜.研究表明,所制备的BZN薄膜拥有非晶态结构,ZnO薄膜具有c轴择优取向,在基片温度为500℃时,获得低的漏电流(10-7 A/cm2),比RT时的漏电流(10-4 A/cm2)低三个数量级.将所制备的ZnO薄膜和BZN薄膜分别作为ZnO-TFT的有源层和栅绝缘层,研究表明,在基片温度为500℃时,提高了器件性能,所取得的亚阈值摆幅(470 mV/dec.)是RT时的亚阈值摆幅(1 271 mV/dec.)的三分之一;界面态密度(3.21×1012 cm-2)是RT时的界面态密度(1.48×1013 cm-2)的五分之一.     

Investigations of GaN growth on the sapphire substrate by MOCVD method with different AlN buffer deposition temperatures

The effects of different AlN buffer deposition temperatures on the GaN material properties grown on sapphire substrate was investigated. At relatively higher AlN buffer growth temperature, the surface morphology of subsequent grown GaN layer was decorated with island-like structure and revealed the mixed-polarity characteristics. In addition, the density of screw TD and leakage current in the GaN film was also increased. The occurrence of mixed-polarity GaN material result could be from unintentional nitridation of the sapphire substrate by ammonia (NH₃) precursor at the beginning of the AlN buffer layer growth. By using two-step temperature growth process for the buffer layer, the unintentional nitridation could be effectively suppressed. The GaN film grown on this buffer layer exhibited a smooth surface, single polarity, high crystalline quality and high resistivity. AlGaN/GaN high electron-mobility transistor (HEMT) devices were also successfully fabricated by using the two-step AlN buffer layer.     

超宽禁带半导体Ga2O3微电子学研究进展

半导体材料Ga2O3是继宽禁带半导体材料SiC/GaN之后新兴的直接带隙超宽禁带氧化物半导体,其禁带宽度为4.5~4.9eV,击穿电场强度高达8MV/cm(是SiC及GaN的2倍以上),物理化学稳定性高,在发展下一代电力电子学和固态微波功率电子学领域具有较大的潜力。自2012年第一只Ga2O3场效应晶体管诞生以来,Ga2O3微电子学的研究呈现快速发展态势。本文综述了β-Ga2O3单晶材料和外延生长技术以及β-Ga2O3二极管和β-Ga2O3场效应管等方面的研究进展,介绍了β-Ga2O3材料和器件的新工艺、新器件结构以及性能测试结果,分析了相关技术难点和创新思路,展望了Ga2O3微电子学未来的发展趋势。     

Investigation on the Electric Properties of $ hbox{Bi}_{1.5}hbox{ZnNb}_{1.5}hbox{O}_{7}$ Thin Films Grown on TiN Substrate for MIM Capacitors

A small crystalline phase was formed in the Bi_1.5ZnNb_1.5O₇ (BZN) film grown at 300degC on TiN/SiO₂/Si substrate using RF-magnetron sputtering. A 46-nm-thick BZN film exhibited a high capacitance density of 13.6 fF/mum² at 100 kHz with a dielectric constant of 71, which did not change even in the gigahertz range (1-6 GHz). The quality factor was high, approximately 50, at 2.5 GHz. The leakage-current density was low, approximately 5.66 nA/cm², at 2 V. The quadratic voltage and temperature coefficients of capacitance were approximately 631 ppm/V² and 149 ppm/degC at 100 kHz, respectively. These results indicate that the BZN film grown on TiN substrate at 300degC can be a good candidate material for metal-insulator- metal capacitors.     

ZnO和Al2O3缓冲层对AZO透明导电膜薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法,以纯度为99.9%,质量分数98%ZnO、2%Al2O3陶瓷靶为溅射靶材,在预先沉积了ZnO和Al2O3的玻璃衬底上制备了Al2O3掺杂的ZnO薄膜。研究并对比了两种不同的缓冲层对ZnO∶Al(AZO)薄膜的微观结构和光电性能的影响。并借助X线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱仪(UV-Vis)等方法测试和分析了不同缓冲层,对AZO薄膜的形貌结构、光电学性能的影响。结果表明:加入缓冲层后,在衬底温度为200℃时,溅射30min,负偏压为60V、在氮气气氛下经300℃退火处理后,制得薄膜的可见光透过率为83%～87%,AZO薄膜的最低电阻率,从9.2×10-4Ω.cm(玻璃)分别下降到8.0×10-4Ω.cm(ZnO)和5.4×10-4Ω.cm(Al2O3)。     

Au/Si基片上沉积Bi_(1.5)Zn_(1.0)Nb_(1.5)O_7薄膜介电性能的研究

采用磁控溅射法在Au/Si基片上制备了铌酸锌铋BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)薄膜。在基片温度200℃、本底真空1×10-3Pa条件下,BZN靶溅射0.5h,作为自缓冲层;然后在400℃下溅射1.5h,薄膜总厚度为200nm,650℃原位真空退火1h。XRD分析显示该薄膜为〈222〉单一取向,结晶良好;AFM扫描显示表面平整;测试表明不同频率下薄膜的性能没有大的改变。实验证明,选用电阻率较小的Au电极材料有利于器件性能的提高,实验得到介电常数可调率约20%、损耗为0.002~0.004。     

In2Ge2O7薄膜制备及其紫外光敏特性研究

以In2O3和GeO2为原料,采用碳还原法制备了In2Ge2O7多晶薄膜,利用XRD和SEM对薄膜的结构和形貌进行了表征。对基于In2Ge2O7薄膜的金属-半导体-金属(MSM)紫外探测器进行了紫外光电导特性测量,结果显示:在波长为250nm的紫外光照射下,在5V偏压下,器件的光电流为727μA(暗电流为12μA),光响应度达到262.9A.W-1,光响应上升时间约为67s,下降时间约为15s。分析认为较长的响应时间是由于内部的缺陷与位错造成的。初步研究结果表明:In2Ge2O7薄膜可以作为一种良好的日盲紫外探测材料。