Drift velocity of electrons in quantum wells of selectively doped In0.5Ga0.5As/AlxIn1 ? xAs and In0.2Ga0.8As/AlxGa1 ? xAs heterostructures in high electric fields

The field dependence of drift velocity of electrons in quantum wells of selectively doped In_0.5Ga_0.5As/Al _x In_{1 − x} As and In_0.2Ga_0.8As/Al _x Ga_{1 − x} As heterostructures is calculated by the Monte Carlo method. The influence of varying the molar fraction of Al in the composition of the Al _x Ga_{1 − x} As and Al _x In_{1 − x} As barriers of the quantum well on the mobility and drift velocity of electrons in high electric fields is studied. It is shown that the electron mobility rises as the fraction x of Al in the barrier composition is decreased. The maximum mobility in the In_0.5Ga_0.5As/In_0.8Al_0.2As quantum wells exceeds the mobility in a bulk material by a factor of 3. An increase in fraction x of Al in the barrier leads to an increase in the threshold field E _th of intervalley transfer (the Gunn effect). The threshold field is E _th = 16 kV/cm in the In_0.5Ga_0.5As/Al_0.5In_0.5As heterostructures and E _th = 10 kV/cm in the In_0.2Ga_0.8As/Al_0.3Ga_0.7As heterostructures. In the heterostructures with the lowest electron mobility, E _th = 2–3 kV/cm, which is lower than E _th = 4 kV/cm in bulk InGaAs.     

In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As雪崩光电二极管的数值模拟研究

建立了SACM型In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As雪崩光电二极管(APD)的分析模型,通过数值研究和理论分析设计出高性能的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As APD。器件设计中,一方面添加了In0.52Al0.48As势垒层来阻挡接触层的少数载流子的扩散,进而减小暗电流的产生;另一方面,雪崩倍增区采用双层掺杂结构设计,优化了器件倍增区的电场梯度分布。最后,利用ATLAS软件较系统地研究并分析了雪崩倍增层、电荷层以及吸收层的掺杂水平和厚度对器件电场分布、击穿电压、IV特性和直流增益的影响。优化后APD的单位增益可以达到0.9 A/W,在工作电压(0.9 Vb)下增益为23.4,工作暗电流也仅是纳安级别(@0.9 Vb)。由于In0.52Al0.48As材料的电子与空穴的碰撞离化率比InP材料的差异更大,因此器件的噪声因子也较低。     

In0.5Ga0.5As/In0.5Al0.5As应变耦合量子点的形貌和光学性质

提出了利用分子束外延方法生长In0.5Ga0.5As/In0.5Al0.5As应变耦合量子点，并分析量子点的形貌和光学性质随GaAs隔离层厚度变化的特点。实验结果表明，随着耦合量子点中的GaAs隔离层厚度从2 nm增加到10 nm，In0.5Ga0.5As量子点的密度增大、均匀性提高, Al原子扩散和浸润层对量子点PL谱的影响被消除，而且InAlAs材料的宽禁带特征使其成为InGaAs量子点红外探测器中的暗电流阻挡层。由此可见，选择合适的GaAs隔离层厚度形成InGaAs/InAlAs应变耦合量子点将有益于InGaAs量子点红外探测器的研究。     

Al0.98Ga0.02As的湿法氧化规律

为实现精确控制VCSELs器件中氧化孔的大小，对Al0.98Ga0.02As的湿法氧化规律进行了分析研究．首先运用一维Deal-Grove模型分析了Al0.98Ga0.02As条形台面湿法氧化的一般规律，并在此基础上进一步分析推导，加以适当的简化，提出了适用于二维圆形台面的简单氧化模型，用此模型模拟得到的结果与实验数据十分吻合．同时，实验中观察到氧化孔径很小时氧化速率突增的现象．运用这些规律，将氧化长度的精度控制在0.5μm内，基本实现了氧化工艺的可控性及可重复性．     

88 nm栅长fmax＝201 GHz InP基In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As HEMT器件

我们成功研制了栅长88 nm, 栅宽2 50 μm, 源漏间距为2.4 μm 的InP基In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As高电子迁移率器件(HEMT)。栅是使用PMMA/Al/UVⅢ,通过优化电子束曝光时间及其显影时间的方式制作的。这些器件有比较好的直流及其射频特性：峰值跨导、最大源漏饱和电流密度、开启电压、ft和fmax 分别为765 mS/mm, 591 mA/mm, -0.5 V, 150 GHz 和201 GHz。这些器件将非常适合于毫米波段集成电路。     

GaAs/Al0.3Ga0.7As QWIP 暗电流特性HRTEM 研究

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/Al0.3Ga0.7As 量子阱材料,制备300 m300 m 台面,内电极压焊点面积为20 m20 m,外电极压焊点面积为80 m80 m 的单元样品两种。用变温液氮制冷系统对样品进行77 ~300 K 暗电流特性测试。结果显示,器件暗电流曲线呈现出正负偏压的不对称性。利用高分辨透射扫描电镜(HRTEM)获得样品纳米尺度横断面高分辨像,分析结果表明:样品横断面处存在不同程度的位错及不均匀性。说明样品内部穿透位错造成相位分离是引起量子阱光电性能变差的根本原因,不同生长次序中AlGaAs 与GaAs 界面的不对称性与掺杂元素的扩散现象加剧了暗电流曲线的不对称性。     

正照射延伸波长In0.8Ga0.2As红外焦平面探测器

为了研究延伸波长In0.8Ga0.2As PIN短波红外探测器的温度响应光电特性,采用闭管扩散的平面型器件工艺,在金属有机化学气相外延（MOCVD）外延生长的NIN型InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As/InAs0.6P0.4 buf./InP材料上制备了正照射延伸波长2561线列InGaAs红外焦平面探测器,研究了探测器在不同温度下的I-V特性、光谱响应特性和探测率。结果表明,随着温度的降低,在小偏压下,器件的正向暗电流由产生复合电流为主逐渐变为以扩散电流为主。在260~300 K温度范围内,反向电流主要由扩散电流和产生复合电流组成,当温度低于180 K时,器件的反向电流主要为隧穿电流。室温下器件响应截止波长和峰值波长分别为2.57 m和2.09 m,峰值探测率为7.25108 cmHz1/2/W,峰值响应率为0.95 A/W,量子效率为56.9%。焦平面的峰值探测率在153 K达到峰值,约为1.111011 cmHz1/2/W,响应非均匀性为5.28%。     

GaAs/Al0.3Ga0.7As 量子阱红外探测器光谱特性研究

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱材料,制备300 m300 m台面,内电极压焊点面积为20 m20 m,外电极压焊点面积为80 m80 m单元量子阱器件两种。利用傅里叶光谱仪对1#,2#样品进行77K液氮温度光谱响应测试。实验结果显示1#,2#样品峰值响应波长分别为8.43 m,8.32 m,与根据薛定谔方程得到器件理论峰值波长8.5 m间误差分别为1.0%,2.1%。实验结果说明MOCVD技术可以满足QWIP生长制备工艺要求,且器件电极压焊点位置与面积大小对器件峰值波长影响不大,而对峰值电流有一定影响。     

低温烧结0.5CaTiO3-0.5CaTiSiO5高频介质陶瓷

对添加2ZnO-B2O3玻璃实现0.5CaTiO3-0.5CaTiSiO5 高频介质材料900℃下低温烧结进行了系统研究.实验结果表明添加质量分数为5%～10% 2ZnO-B2O3玻璃可使体积密度达到0.5CaTiO3-0.5CaTiSiO5理论密度的97%以上,且介电性能优异,εr = 58～76,tgδ≤ 3.3×10-4,αε= (329～472)×10-6/℃,ρν≥ 1012 Ω?cm.利用XRD、SEM和介电测量技术分析材料的晶相组成、显微结构和介电特性发现材料由三种晶相组成,分别是单斜型CaTiSiO5、正交型CaTiO3以及一个新相,新相的生成可能是在液相烧结后期2ZnO-B2O3 玻璃在晶界处结晶而形成,低温烧结0.5CaTiO3-0.5CaTiSiO5 介质材料的介电性能很好地遵循李氏对数混合法则.     

In0.68Ga0.32As热光伏电池的制作和特性分析

用在InP衬底上失配生长的能隙为0.6eV的In0.68Ga0.32As制成了热光伏(TPV)电池。对其光伏特性的测试分析表明,通过对As组分渐变的InAsxP1-x缓冲层厚度的优化,可以将晶格失配引起的位错完全弛豫在缓冲层内,从而大幅改善热光伏电池的性能。在AM1.5G标准光谱下,与晶格失配没有被完全弛豫的热光伏电池相比,优化措施可将开路电压从0.19V提高到0.21V,外量子效率在长波处可达到85%,转换效率也提高了30%。     

高量子效率InP/In0.53Ga0.47As/InP红外光电阴极模拟

将In0.53Ga0.47As吸收层设计为多个薄层,通过不同浓度掺杂实现吸收层杂质指数分布,建立了InP/In0.53Ga0.47As/InP红外光电阴极模型,在皮秒级响应时间的前提下模拟了吸收层厚度、掺杂浓度和阴极外置偏压对阴极内量子效率的影响,给出了光电子在吸收层和发射层的一维连续性方程和边界条件,计算了光电子克服激活层势垒发射到真空中的几率,进而获得阴极外量子效率随上述三个因素的变化规律,结果表明,吸收层掺杂浓度在1015~1018 cm-3范围内变化时,内量子效率变化很小;随着吸收层厚度在0.09~0.81 m内增大,内量子效率随之增大;随着外置偏压升高,内量子效率先增大后趋于平稳。文中给出一组既能获得高量子效率又能有快时间响应的阴极设计参数,理论上1.55 m入射光可以获得8.4%的外量子效率,此时响应时间为49 ps。     

基于MIS电容器的Al2O3与In0.74Al0.26As的界面特性

采用In_0.74Al_0.26As/In_0.74Ga_0.26As/In_xAl_1-xAs异质结构多层半导体作为半导体层,制备了金属-绝缘体-半导体（MIS）电容器。其中,SiN_x和SiN_x/Al₂O₃分别作为MIS电容器的绝缘层。高分辨率透射电子显微镜和X射线光电子能谱的测试结果表明,与通过电感耦合等离子体化学气相沉积生长的SiN_x相比,通过原子层沉积生长的Al2_O3可以有效地抑制Al₂O₃和In_0.74Al_0.26As界面的In₂O₃的含量。根据MIS电容器的电容-电压测量结果,计算得到SiN_x/Al₂O₃/In...     

基于晶格大失配In0.58Ga0.42As材料的高效四结太阳电池

Ⅲ-Ⅴ族晶格失配多结太阳电池是实现高效太阳电池的主要途径之一,但面临晶格失配材料的高质量生长及其所导致的子电池光电转换效率下降的难题。重点针对晶格失配子电池结构中的(AlGa)InAs缓冲层开展台阶层厚度优化研究,设计了150、200和250 nm三组不同台阶层厚度的缓冲层结构,并完成三组样品的外延生长实验。通过材料测试和子电池电性能测试,系统分析了台阶层厚度对In_0.58Ga_0.42As材料外延生长质量和子电池电性能的影响。获得了晶格弛豫度为96.71%的In_0.58Ga_0.42As子电池材料,制备的子电池开路电压达到205.10 mV。在此基础上,结合GaInP/GaAs/In_0.3Ga_0.7As三结电池研制了晶格失配四结薄膜太阳电池,其光电转换效率达到32.41%(AM0,25℃)。     

Cu/Mo共掺K0.5Bi0.5TiO3陶瓷材料的PTC特性

采用以聚乙烯醇为聚合剂的湿化学方法合成制备了K0.5Bi0.5(Ti1–2xCuxMox)O3(x=0.01,0.06)陶瓷材料。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、电阻–温度测试和交流阻抗谱分析对材料的微观组织和热敏特性进行了表征。结果表明:Cu/Mo共掺的K0.5Bi0.5TiO3陶瓷具有钙钛矿结构,并呈现明显的PTC效应;K0.5Bi0.5(Ti0.88Cu0.06Mo0.06)O3陶瓷的居里点为155℃,室温电阻为1 454,升阻比为2.62个数量级。材料的PTC效应主要来源于晶界电阻效应,遵循Heywang模型。     

Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7/Ba0.5Sr0.5TiO3复合薄膜介电性能的频率特性研究

采用射频磁控溅射法在蓝宝石基片上制备了Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7(BZN)/Ba0.5Sr0.5TiO3(BST)双层复合薄膜,并研究了该薄膜在100 kHz~6 GHz频率范围内的介电性能。研究结果表明,BZN/BST复合薄膜的介电性能具有良好的频率稳定性。该复合薄膜的介电常数在研究的频率范围内基本与频率无关;其介电损耗在频率低于1 GHz时与频率无关,在频率高于1 GHz时随频率的上升而略微增大;薄膜在研究的频率范围内具有稳定的介电调谐率。     

不同退火处理的台面型In0.83Ga0.17As pin光电二极管暗电流分析

为了研究延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管的暗电流机制。采用两种不同工艺制备了台面型延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管。第一种工艺(M135L-5)是:台面刻蚀后进行快速热退火(RTA)。第二种工艺(M135L-3)是:台面刻蚀前进行快速热退火(RTA)。采用IV测试,周长面积比(P/A),激活能和暗电流成分拟合方法对器件暗电流机制进行分析。结果显示,在220~300 K之间,M135L-3器件暗电流低于M135L-5器件的,并且具有较低表面漏电流。在-0.01~-0.5 V之间和220~270 K之间,M135L-5器件的暗电流主要是扩散电流。在250~300 K之间,M135L-3器件的暗电流主要是扩散电流,而在-0.01~-0.5 V之间和220~240 K之间,其暗电流主要是产生复合电流和表面复合电流。与此同时,暗电流成分拟合结果也得出一致的结论。研究表明,在降低器件暗电流方面,M135L-3器件优于M135L-5器件,这主要是因为快速热退火降低了器件的体电流。     

一种基于In0.4Ga0.6As MOSFET 技术制备的新型射频开关器件

本文采用InGaAs MOSFET技术成功制备了一种新型射频开关器件。这是首次采用InGaAs MOSFET技术设计设开关器件。器件的饱和电流密度为250mA/mm,最大跨导为370mS/mm,导通电阻为0.72 mΩ?mm2,,开关比为1×106。最大开态功率容量密度为533 mW/mm,关态功率密度为3667 mW/mm。文中设计的In0.4Ga0.6As MOSFET开关器件在0.1GHz~7.5GHz频率范围内的插入损耗低于1.8dB,隔离度大于20dB。最小插入损耗和最大隔离度分别为0.27dB和65dB。本文的研究说明了InGaAs MOSFET技术对于射频开关器件的应用拥有巨大的潜力。     

In0.53Ga0.47As表面氮化和硫钝化对其Al/Al2O3/InGaAs MOS电容特性的影响

本文通过对比频散特性和滞回特性,计算界面态密度D_it和有效边界缺陷密度ΔN_bt,分析界面缺陷和漏电流等方法,系统的研究了In_0.53Ga_0.47As表面氮化和硫钝化对其Al/Al₂O₃/InGaAs结构MOS电容特性的影响。实验结果表明,这两种方法都能够在InGaAs表明形成一层界面钝化层。相比较于未处理的样品,经过氮气等离子体处理的样品表现出较好的界面特性,得到了最小的积累区频散、滞回电压,以及良好的I-V性能。经过(NH₄)₂S_x处理的样品则获得了最小的平带电压区频散以及最低的界面态密度Dit=2.6E11cm_-2eV_-1.     

Hf0.5Zr0.5O2基铁电电容器的特性研究

利用原子层淀积工艺制备了9 nm厚的铪锆氧(Hf0.5Zr0.5O₂)铁电薄膜。通过淀积TiN顶/底电极形成Hf0.5Zr0.5O₂铁电电容,研究退火工艺和机械夹持工艺对铁电电容性能的影响。实验结果表明,极化强度-电压曲线为电滞回线形,双倍剩余极化强度达31.7 μC/cm²,矫顽电压约为1.6 V,电学性能明显提高。在150 ℃高温下,Hf0.5Zr0.5O₂基铁电电容器的电学性能仍然良好,证明了退火工艺和机械夹持工艺对电学性能的优化作用。     

新型红色荧光粉Ca0.5Sr0.5MoO4:Sm3+的制备及光学性能

为了得到发光效率较好的长波长红色荧光粉,采用 高温固相法成功地合成了适合紫外激发的红色荧光粉 Ca0.5－xSr0.5MoO₄:xSm³⁺,研究了其晶体结构和发 光性质。X射线衍射(XRD)测量结果显示,制备的样品为纯相Ca0.5Sr0.5MoO₄晶体。其激发 光谱包括一个宽带峰和一系列尖峰,通过不同波长激发的发射谱和与Ca0. 5－xSr0.5MoO₄:xEu³⁺的发射 谱比较分析得出激 发宽带为最有效激发带,归属于Mo⁶⁺－O2－的电荷迁移跃迁。在275nm的激发 下,发射峰由峰值为564nm(⁴G5/2→⁶H 5/2)、 606nm(4G5/2→⁶H7/2) 、647nm (⁴G5/2→⁶H9/2)、707nm(4G5/2→⁶H11/2)的4个峰组成,最大发射 峰位于647nm处,呈现红光 发射。Sm³⁺掺杂高于6%时Ca0.5－xSr0.5Mo O₄:xSm³⁺出现浓度猝灭,分析表明,其猝灭机 理是最邻近离子间的能量传递。同时,添加电荷补偿剂可增强材料的发射强度,以添加Na +的效果最明显。