GaN转移电子器件的性能与基本设计

基于GaN转移电子器件最基本的工作模式--畴渡越时间模式,计算了GaN转移电子器件的理想最高振荡频率,得到该类型微波转移电子器件的最高振荡频率可达4.7THz,接近GaAs转移电子器件最高振荡频率（0.6THz）的8倍. 从理论上计算出GaN转移电子器件的理想最大输出功率,结果表明GaN转移电子器件在功率输出方面具有很大优势. 最后还讨论了GaN转移电子器件在畴渡越时间模式下,能够产生稳定Gunn振荡的两个基本条件,即电子浓度N与器件有源区长度L乘积要大于该器件的设计标准（(NL)0=6.3E12cm-2) 及有源区的掺杂浓度N要小于临界掺杂浓度Ncrit(3.2E17cm-3) . 本工作揭示出GaN转移电子器件在高频率和大功率输出方面都具有重要优势,作为大功率THz微波信号源将具有广阔的应用前景.     

SiC和GaN电力电子器件的研究进展

与传统的Si基器件相比,SiC和GaN器件具有工作温度高、击穿电压高、开关速度快等优势,因此SiC和GaN材料是制备电力电子器件的理想材料。总结了近年来SiC和GaN电力电子器件的研究进展,包括二极管,MOSFET,JFET和BJT结构的SiC器件,以及SBD,PN结二极管,HEMT和MOSFET结构的GaN器件。     

GaAs/AlGaAs双量子阱实空间转移效应模拟与实验

用投掷法和有限元差分法计算了单周期调制掺杂GaAs/AlGaAs双量子阱的能带结构,得到基态能级与第一激发态的能级差为43.3 meV,并由此推算得到产生载流子横向转移效应的电场强度为1.2~1.8 k V/cm之间.采用MBE技术生长了所涉及的双量子阱结构,通过优化退火条件,获得了较理想的金属—半导体接触条件.在此基础上,测得在电场强度为1.5 k V/cm时,电流—电压曲线呈现出负阻特性.该电场强度区别于GaAs耿氏效应的电场强度,由此判定,产生微分负阻的机理是电子由高迁移率导电层到低迁移率导电层的横向转移所致,即实空间转移.     

GaN基HFET电力电子器件的研究

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基HFET功率器件具耐高压、高频、导通电阻小等优良特性,在电力电子器件方面也具有卓越的优势。概述了基于电力电子方面应用的AlGaN/GaN HFET功率器件的研究进展。从器件的结构入手,介绍了AlGaN/GaN HEMT的研究现状,从栅材料的选取以及栅介质层的结构对器件性能的影响着手,对AlGaN/GaN MIS-HFET的研究进行了详细的介绍。分析了场板改善器件击穿特性的原理以及各种场板结构AlGaN/GaNHFET器件的研究进展。论述了实现增强型器件不同的方法。阐述了GaN基HFET功率器件在材料、器件结构、稳定性、工艺等方面所面临的挑战。最后探讨了GaN基HFET功率器件未来的发展趋势。     

半导体异质结中的实空间转移

实空间转移的机理不同于k空间转移,因而受到了广泛关注.实空间转移效应的器件是一种新型的半导体器件,有众多其它器件达不到的优点,如响应时间可达到ps级别、可以实现负阻效应等.为深入的理解半导体异质结中的实空间转移对实空间转移效应的基本原理以及它在相应器件上的应用进行了研究,概述了国际上的相关研究方向和研究进展,并提出研究思路和技术方案.     

MOCVD生长的p型GaN薄膜中Mg掺杂的优化与分析

通过优化Mg流晕增强了MoCVD生长的GaN薄膜的p型电导并改善了晶体质量.Hall测量结果表明卒穴浓度首先随着Mg流量的升高而升高,达到极大值后开始降低;迁移率始终随Mg流量的升高而降低.最优的样品在室温下空穴浓度达到4.1×1017cm-3,电阻率降至1Ω·cm.考虑施主型缺陷MGaVN的自补偿作用,计算了空穴浓度随掺杂浓度变化的曲线关系.计算结果表明自补偿系数随掺杂浓度的增大而增大;空穴浓度首先随掺杂浓度的增大而增加,存受主浓度为NA≈4×1019左右时达到极大值,之后随着掺杂浓度的增大而迅速降低.XRD数据表明在实验范围内晶体缺陷密度随着掺杂浓度的降低而降低.     

MOCVD生长的p型GaN薄膜中Mg掺杂的优化与分析

通过优化Mg流晕增强了MoCVD生长的GaN薄膜的p型电导并改善了晶体质量.Hall测量结果表明卒穴浓度首先随着Mg流量的升高而升高,达到极大值后开始降低;迁移率始终随Mg流量的升高而降低.最优的样品在室温下空穴浓度达到4.1×1017cm-3,电阻率降至1Ω·cm.考虑施主型缺陷MGaVN的自补偿作用,计算了空穴浓度随掺杂浓度变化的曲线关系.计算结果表明自补偿系数随掺杂浓度的增大而增大;空穴浓度首先随掺杂浓度的增大而增加,存受主浓度为NA≈4×1019左右时达到极大值,之后随着掺杂浓度的增大而迅速降低.XRD数据表明在实验范围内晶体缺陷密度随着掺杂浓度的降低而降低.     

稀土掺杂GaN基稀磁半导体材料的研究进展

GaN基稀磁半导体材料具有高于室温的铁磁性和优异的光电性能,在半导体电子自旋器件领域有广阔的应用前景。系统地介绍了制备方法对稀土Gd掺杂GaN基稀磁半导体材料铁磁性的影响,讨论了Gd掺杂GaN基稀磁半导体材料中铁磁性的起源,介绍了除Gd以外的稀土离子掺杂GaN基稀磁半导体材料中的铁磁性,以及共掺杂对GaN基稀磁半导体材料的铁磁性能的影响。目前,GaN基稀磁半导体材料的铁磁性仍无法满足半导体电子自旋器件的要求。共掺杂工艺可以有效地解决稀土离子掺杂引入的较大晶格应变,促进自旋电子之间的交互作用,是一种改善GaN基稀磁半导体材料的铁磁性能的有效途径。     

双沟道实空间电子转移晶体管的设计、研制和特性测量

采用双沟道结构和GaAs衬底,成功设计研制了双沟道实空间电子转移晶体管.它具有RSTT典型的"A"形负阻I-V特性和较宽的平坦谷值区.通过栅压可改变各种负阻参数值,当栅压从0.6V增至1.0V时,PVCR的变化范围是2.1～10.6峰值电流跨导约为3×10-4 S.负阻参数VP,VV和开始产生负阻的栅极阈值电压都小于国际上同类器件的报道值,因此更适合低功耗的运用.     

双沟道实空间电子转移晶体管的设计、研制和特性测量

采用双沟道结构和GaAs衬底,成功设计研制了双沟道实空间电子转移晶体管.它具有RSTT典型的"A"形负阻I-V特性和较宽的平坦谷值区.通过栅压可改变各种负阻参数值,当栅压从0.6V增至1.0V时,PVCR的变化范围是2.1～10.6峰值电流跨导约为3×10-4 S.负阻参数VP,VV和开始产生负阻的栅极阈值电压都小于国际上同类器件的报道值,因此更适合低功耗的运用.     

AlGaN/GaN基HBTs的高频特性模拟

对n-p-n型AlGaN/GaN基HBTs的高频特性进行了模拟计算，分析了发射区、基区、集电区的一些材料参数对n-p-n型AlGaN/GaN基HBTs的高频特性的影响. 发现基区的设计对频率性能影响很大，减小基区厚度、增大空穴浓度和迁移率将有效提高HBTs的频率性能.     

超薄势垒InAlN/GaN HFET器件高频特性分析

采用二次外延重掺杂n+ GaN实现非合金欧姆接触,并通过优化干法刻蚀和金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延工艺,有效降低了欧姆接触电阻.将非合金欧姆接触工艺应用于InAlN/GaN异质结场效应晶体管(HFET)器件制备,器件的有效源漏间距缩小至600 nm.同时,结合40 nm T型栅工艺,制备了高电流截止频率(fT)和最大振荡频率(fmax)的InAlN/GaN HFET器件.结果显示减小欧姆接触电阻和栅长后,器件的电学特性,尤其是射频特性得到大幅提升.栅偏压为0V时,器件最大漏源饱和电流密度达到1.88 A/mm;直流峰值跨导达到681 mS/mm.根据射频小信号测试结果外推得到器件的fT和fmax同为217 GHz.     

硅光电负阻器件的光电功能

全面介绍了从硅光电负阻器件上发现的几种光电控制功能,为进一步开发应用这类器件奠定了基础。     

新型无LC元件脉冲振荡电路的设计

只用两个同极性的晶体管,设计成一个两端负阻电路,无须外加任何储能用的电感、电容等元件,其自身就能产生三角形脉冲波形,并能稳定地产生周期性的持续脉冲振荡.     

负阻提升的微波混沌振荡器的设计

将负阻提升技术引入到混沌振荡器的设计中,通过理论推导、数值计算和测试验证来优化电路结构,提供参数选取规则,从理论和实验两方面验证,在双电感的比值达到最优值时振荡器负阻能够得到大幅提升。并基于负阻提升技术提出了双电感结构的微波Colpitts 混沌振荡器。新结构电路的最高混沌振荡基频为1.78 GHz,较经典电路提升了39%;带宽达到4.60GHz(0.80～5.40 GHz),较经典电路提升了119%。测试结果表明,优化的双电感结构能有效提升混沌振荡基频和带宽。     

由OLED和PDUBAT构成的光学双稳态

对以Al/Alq3/TPD/ITO/玻璃有机／聚合物发光二极管（OLED）为负载器件,以光电双基区晶体管（PDUBAT）型硅光电负阻器件为驱动器件而构成的光学双稳态反相器进行了实验研究。测量了输出光强－输入光强光 学 双稳态特 性曲线,并对实验结果进行了分析讨论。     

纳米级SET/CMOS混合器件的研究进展

SET/CMOS作为一种单电子晶体管与纳米级CMOS混合结构的新兴纳米电子器件,不仅实现两者优势互补,而且其突出的功能特性极大影响着电路微型化发展的道路。从SET/CMOS的串联和并联两种基本结构出发,阐述了各自的工作原理与特性、进而介绍了该混合器件目前在实验室制备、电路设计以及数值模拟研究方面的现状,最后讨论了器件在发展中尚需解决的问题及其应用前景。SET/CMOS的容错电路及互连结构新型设计将会加速实用化的进程,使集成电路产生质的飞跃,进而有望实现超高密度的信息存储和超高速信息处理,并将在未来智能计算机、通信设备和自动化方面发挥重要作用。     

氮化镓微波功率器件研究动态(上)

氮化镓微波功率器件是继砷化镓微波功率器件之后在21世纪新发展起来的微电子领域的研发热点,追踪研究了美国目前正在进行的"氮化电子下一代技术"计划、日本正在进行的氮化镓微波器件科研项目、欧洲"KORRIGA"及"GREAT"项目近况,总结了氮化镓微波功率器件的发展趋势.     

超声跟踪TeO2器件新设计及其性能比较

在超声跟踪反常器件设计中,用最小二乘法确定相邻换能器中心距s和超声偏置角γ_o两参数的近似值,并通过计算机程序完成精细调节,得到s和γ_o的优化设计值。计算结果表明,用最小二乘法得到的s和γ_o的近似值比过去用中心频率处△Γ和△Θ_α的函数值及一阶导数值相等所得到的近似值更接近于s和γ_o的优化值。因而优化过程更趋简单。将此新设计方法运用到TeO_2器件的具体设计中,并在相同条件下与正常声光器件的性能作比较。比较结果表明,对于相同的倍频程带宽和通带内1.5dB的不均匀性,反常器件的声光互作用长度较正常器件提高40%。