Analysis of PTCDA/ITO Surface and Interface Using X-ray Photoelectron Spectroscopy and Atomic Force Microscopy

在低温和强磁场下,通过磁输运测量研究了不同Al组分调制掺杂AlxGa1-xN/GaN异质结二维电子气(2DEG)的磁电阻振荡现象.观察到低Al组分异质结中的2DEG有较低的浓度和较高的迁移率.     

半导体技术

O47 2007010615Al组分对AlxGa1-xN/GaN异质结构中二维电子气输运性质的影响/唐宁,沈波,王茂俊,杨志坚,徐科,张国义,桂永胜,朱博(北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室)//半导体学报.―2006,27(2).―235～238.在低温和强磁场下,通过磁输运测量研究了不同Al组分调制掺杂AlxGa1-xN/GaN异质结二维电子气(2DEG)的磁电阻振荡现象。观察到低Al组分异质结中的2DEG有较低的浓度和较高的迁移率。图3表0参5     

肖特基C-V法研究Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结界面二维电子气

通过对 Pt/ Al0 .2 2 Ga0 .78N/ Ga N肖特基二极管的 C- V测量 ,研究分析了 Al0 .2 2 Ga0 .78N/ Ga N异质结界面二维电子气 (2 DEG)浓度及其空间分布 .测量结果表明 ,Al0 .2 2 Ga0 .78N/ Ga N异质结界面 2 DEG浓度峰值对应的深度在界面以下 1.3nm处 ,2 DEG分布峰的半高宽为 2 .3nm ,2 DEG面密度为 6 .5× 10 1 2 cm- 2 .与 Alx Ga1 - x As/ Ga As异质结相比 ,其 2 DEG面密度要高一个数量级 ,而空间分布则要窄一个数量级 .这主要归结于 Alx Ga1 - x N层中～ MV / cm量级的压电极化电场和自发极化电场对 Alx Ga1 - x N/ Ga N异质结能带的调制和 Alx Ga1 -     

肖特基C-V法研究AlxGa1-xN/GaN异质结界面二维电子气

通过对Pt/AI0 22Ga078N/GaN肖特基二极管的C-V测量,研究分析了A1022Ga078N/GaN异质结界面二维电子气(2DEG)浓度及其空间分布.测量结果表明,Al0.22Ga.8N/GaN异质结界面2DEG浓度峰值对应的深度在界面以下1.3nm处,2DEG分布峰的半高宽为2.3nm,2DEG面密度为6.5×1012cm-2.与AlxGa1xAs/GaAs异质结比,其2DEG面密度要高一个数量级,而空间分布则要窄一个数量级.这主要归结于A1xGa1-xN层中～MV/cm量级的压电极化电场和自发极化电场对AlxGa1-xN/GaN异质结能带的调制和AlxGa1xN/GaN异质结界面有更大的导带不连续.     

逆压电极化效应对AlGaN/GaN异质结2DEG特性的影响

从正-逆压电极化效应对GaN材料的影响出发,通过自洽求解一维Poisson-Schr(o)dinger方程,研究了逆压电极化效应对AlGaN/GaN异质结中2DEG浓度的影响.计算结果显示,逆压电极化明显影响2DEG性质,当Al组分x=0.3,AlGaN层厚度为20 nm时,不考虑逆压电极化,2DEG浓度为1.53×1013 cm-2;当等效外加电压分别为10和15 V时,2DEG浓度降低至1.04×1013cm-2和0.789×1013cm-2,可见当等效外电压由0～15 V变化时,2DEG浓度下降了48.4%.     

AlGaN/GaN HEMT 2DEG电致耦合模型的研究

传统计算AlGaN/GaN异质结二维电子气(2DEG)的方法是根据Hooke定律计算c轴方向压应变与拉应变,然后利用压电模量计算出不依赖于栅压的2DEG,称为非耦合模型计算.提出了一种电致耦合模型来计算2DEG,在计算过程中考虑到弛豫度与附加电场对材料压电效应的影响,结果发现,当Al组分x=0.30时,压电极化电荷密度低于传统方法的计算值,两种模型的计算值相差7.17%,由此可见,当电场作用于材料时,材料产生逆压电效应,最终导致压电极化电荷密度降低.     

GaAs/AlGaAs量子阱中电子浓度的自洽计算

应用波函数展开方法,自洽计算了调制掺杂AlGaAs/GaAs/AlGaAs量子阱中电势能分布、子能级位置、2DEG浓度分布和2DEG面浓度n_s,以及这些参数与量子阱宽度、不掺杂AlGaAs厚度等材料参数的关系.计算表明,量子阱中2DEG n_s比单异质结n_s大2倍左右,量子阱宽度在200-300A之间n_s有个最大值;量子阱太宽时,2DEG主要集中在两边异质结界面附近,变为双异质结.     

AlGaN/GaN异质结极化行为与二维电子气

AlGaN/GaN异质结及其相关器件因其优越的电学特性成为近几年的研究热点.2DEG作为其特征与材料本身的极化现象关系密切.本文主要从晶体微观结构角度介绍AlGaN/GaN异质结极化现象的产生、机理和方向性,着重讨论极化对异质结界面处诱生的二维电子气的影响.极化不仅可提高2DEG的浓度,而且还能使其迁移率得到提高.     

Si/Si_(1-x)Ge_x HEMT异质结层的结构与二维电子气密度的关系

从晶格匹配及能带阶跃角度讨论了设计一个 n沟 Si/Si1-x Gex HEMT异质结层的原理及方法 ,对 K.Ismail器件进行了分析和计算 ,所得 2 DEG的 ns与实验结果基本相符 ,并利用该设计理论对 K. Ismail器件的异质结结构进行了优化改进 ,提高了器件 2 DEG的 ns。     

栅下双异质结增强型AlGaN/GaN HEMT

为获得更高的阈值电压,提出了一种新型栅下双异质结增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).使用双异质结电荷控制模型分析了基本机理,推导了阈值电压表达式.仿真结果表明,器件阈值电压与调制层Al组分呈线性关系.当调制层Al组分小于势垒层时,阈值电压增大,反之减小.调制层厚度可加大这种调制作用.当调制层Al组分...     

Analysis of PTCDA/ITO Surface and Interface Using X-ray Photoelectron Spectroscopy and Atomic Force Microscopy

利用X射线光电子能谱(XPS)对苝四甲酸二酐[3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride(PTCDA)]/铟锡氧化物(ITO)表面和界面进行了研究.用原子力显微镜(AFM)对PTCDA/ITO样品的表面形貌进行了分析.XPS表明,在原始表面的C1s精细谱存在两个主谱峰和一个伴峰,主谱峰分别由结合能为284.6eV的苝环中的C原子和结合能为288.7eV的酸酐基团中的C原子激发;而结合能为290.4eV的伴峰的存在,说明发生了来源于ITO膜中的氧对C原子的氧化现象.O原子在C=O键和C-O-C键的结合能分别为531.5和533.4eV.在界面处,C1s谱中较高结合能峰消失,且峰值向低结合能方向发生0.2eV的化学位移;O1s谱向低结合能方向发生1.5eV的化学位移.由此可以推断,在界面处PTCDA与ITO的结合是PTCDA中的苝环与ITO中的In空位的结合.AFM的结果显示,PTCDA薄膜为岛状结构,岛的直径约为100～300nm,表面起伏约为14nm.相邻两层PTC-DA分子由于存在离域大π键而交叠和PTCDA分子中的苝环与ITO的In空位的紧密结合是最终导致PTCDA岛状结构形成的原因.     

GaAs基InAs/AlSb二维电子气结构的生长优化

采用分子束外延设备 (MBE) , 外延生长了InAs/AlSb二维电子气结构样品.样品制备过程中, 通过优化AlGaSb缓冲层厚度和InAs/AlSb界面厚度、改变AlSb隔离层厚度, 分别对比了材料二维电子气特性的变化, 并在隔离层厚度为5nm时, 获得了室温电子迁移率为20500cm2/V·s, 面电荷密度为2.0×1012/cm2的InAs/AlSb二维电子气结构样品, 为InAs/AlSb高电子迁移率晶体管的研究和制备提供了参考依据.     

量子点场效应单光子探测器二维电子气电子迁移率分析

设计了一种基于场效应晶体管的量子点场效应单光子探测器,利用二维弛豫时间的近似理论建立了二维电子气电子迁移率的散射模型,通过求解量子点场效应单光子探测器GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气系统电子和声子相互作用的Hamiltonian函数,得到了不同温度、不同Al组分以及不同二维电子气电子面密度条件下晶格振动散射对探测器二维电子气电子迁移率的影响.仿真结果显示,提高二维电子气的电子面密度浓度和适当增大Al组分,并降低工作温度,有助于探测器获得更高的二维电子气电子迁移率.     

AlGaN/GaN HFET的2DEG和电流崩塌研究(Ⅰ)

从不同的视角回顾和研究了A1GaN/GaN HFET的二维电子气(2DEG)和电流崩塌问题.阐述了非掺杂的AIGaN/GaN异质结界面存在2DEG的原动力是极化效应,电子来源是AlGaN上的施主表面态.2DEG浓度与AlGaN/GaN界面导带不连续性、AlGaN层厚和Al组分有密切关系.揭示了AlGaN/GaN HFET的2DEG电荷涨落受控于表面、界面和缓冲层中的各种缺陷及外加应力,表面空穴陷阱形成的虚栅对输入信号有旁路和延迟作用,它们导致高频及微波状态下的电流崩塌.指出由于构成电流崩塌因素的复杂性,各种不同的抑制电流崩塌方法都存在不足,因此实现该器件大功率密度和高可靠性还有很长的路要走.     

AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的高温输运性质

采用高温Hall测量仪对一个全应变和一个部分应变弛豫的AlGaN/GaN异质结构中2DEG的高温输运特性进行了研究,温度变化范围从室温到680K.研究结果表明:在高温段2DEG的迁移率主要受LO声子散射限制; 在室温,异质界面处的非均匀压电极化场对2DEG迁移率的散射也是一个主要的散射机制.同时,计算结果显示,随着温度升高,更多的电子跃迁到更高的子带,在更高的子带,其波函数逐渐扩展到AlGaN层内部以及GaN体内更深的位置,导致LO声子散射的屏蔽效应减弱且来自AlGaN层内的合金无序散射增强.     

Characteristics study of 2DEG transport properties of AlGaN/GaN and AlGaAs/GaAs-based HEMT

Growth of wide bandgap material over narrow bandgap material, results into a two dimensional electron gas (2DEG) at the heterointerface due to the conduction band discontinuity. In this paper the 2DEG transport properties of AlGaN/GaN-based high electron mobility transistor (HEMT) is discussed and its effect on various characteristics such as 2DEG density, C-V characteristics and Sheet resistances for different mole fractions are presented. The obtained results are also compared with AlGaAs/GaAs-based HEMT for the same structural parameter as like AlGaN/GaN-based HEMT. The calculated results of electron sheet concentration as a function of the Al mole fraction are in excellent agreement with some experimental data available in the literature.     

Simulation of electrical properties of InxAl1-xN/AlN/GaN high electron mobility transistor structure

Electrical properties of In_x Al_1-xN/AlN/GaN structure are investigated by solving coupled Schr（o|¨）dinger and Poisson equations self-consistently.The variations in internal polarizations in In_xAl_1-xN with indium contents are studied and the total polarization is zero when the indium content is 0.41.Our calculations show that the twodimensional electron gas（2DEG） sheet density will decrease with increasing indium content.There is a critical thickness for AIN.The 2DEG sheet density will increase with In_xAl_1-xN thickness when the AIN thickness is less than the critical value.However,once the AIN thickness becomes greater than the critical value,the 2DEG sheet density will decrease with increasing barrier thickness.The critical value of AIN is 2.8 nm for the lattice-matched In_0.18Al_0.82N/AlN/GaN structure.Our calculations also show that the critical value decreases with increasing indium content.     

高迁移率GaAs/Al0.35Ga0.65As二维电子气的微波回旋共振研究

掌握微波辐照下的电子态性质是理解高迁移率二维电子气在低磁场区的纵向电阻振荡和零电阻态等新奇物理现象的关键.基于反射率测量的微波回旋共振技术(RODCR),研究了高迁移率、低浓度GaAs/Al0.35Ga0.65As二维电子气在Ka波段微波辐照下的电子态性质.通过在不同条件下的RODCR测量,具体讨论了微波交变电场方向、入射激光波长和温度等因素对RODCR测量结果的影响规律.研究结果表明,RODCR测量技术为研究二维电子系统的电子态性质提供了简便而有力的手段.     

Gold-germanium-based ohmic contacts to the two-dimensional electron gas at selectively doped semiconductor heterointerfaces

Results of a study of ohmic contacts to the two-dimensional electron gas (2DEG) at N⁺-n III-V semiconductor heterointerfaces are presented. In a comparison of alloyed metallizations based on the Au-27at. %Ge eutectic system, the addition of Ni and the method of deposition were found to have the largest effects in lowering the contact resistance. The Ni-Ge-Au Ohmic contact reproducibly gives a (width-normalized) contact resistance of less than 0.2 Ω . mm, which is adequate for MESFET applications using these structures. MESFET's fabricated with (Al,Ga) As and (Al,In,Ga) As heterojunction 2DEG channels and Ni-Ge-Au contacts have source-drain resistances (Rsd), which decrease dramatically at low temperature as a result of the mobility enhancement in the 2DEG channel and the small contribution of contact resistances. The transconductance (gm) of the device thus more nearly approaches its high intrinsic value. At 77 K, the best (Al,Ga) As FET's had Rsd= 0.69 Ω . mm and gm= 309 mS/mm with gate lengths of 1.5 µm and a source-drain spacing of 9 µm. A microwave gain of 11 dB at 6.4 GHz has been obtained at room temperature for these devices.