具有低噪声及高线性度的高性能MOCVD-SiNx/AlN/GaN 毫米波MIS-HEMTs

文章在超薄势垒AlN/GaN异质结构上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）原位生长SiN_x栅介质,成功制备了高性能的SiN_x/AlN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMTs）。深能级瞬态谱（DLTS）技术测试SiN_x/AlN的界面信息,显示其缺陷能级深度为0.236 eV,俘获截面为3.06×10^-19 cm^-2,提取的界面态密度为10¹⁰~10¹² cm^-2eV^-1,表明MOCVD原位生长的SiN_x可以有效降低界面态。同时器件表现出优越的直流、小信号和噪声性能。栅长为0.15 μm的器件在2 V的栅极电压（V_gs）下具有2.2 A/mm的最大饱和输出电流,峰值跨导为506 mS/mm,最大电流截止频率（f_T）和最大功率截止频率（f_MAX）分别达到了65 GHz和123 GHz,40 GHz下的最小噪声系数（NF_min）为1.07 dB,增益为 9.93 dB。V_ds = 6 V时对器件进行双音测试,器件的三阶交调输出功率（OIP3）为32.6 dBm,OIP3/P_dc达到11.2 dB。得益于高质量的SiN_x/AlN界面,SiN_x/AlN/GaN MIS-HEMT显示出了卓越的低噪声及高线性度,在毫米波领域具有一定的应用潜力。     

MgF2/Se薄膜封装层对OLED性能及寿命的影响

有机电致发光器件(OLEDs)在使用过程中,易受到 空气中水汽、氧气及其它污染物的影响从而导致其工作寿命降低。本文将具有良好光透过率 和热稳定性的MgF₂薄膜与在水汽和氧气中具有良好稳定性的Se薄膜通过真空蒸镀制成复 合薄膜作为OLEDs的封装层,以达到提高器件使用寿命的目的。器件各功能层蒸镀完成后, 保持真空度(3×10－4 Pa)不变,在阴极表面蒸镀MgF₂/Se薄 膜封装层。比较 了绿光OLED器件(器件结构为ITO/CuPc/NPB/Alq₃:C-545T/Alq ₃/LiF/Al)封装前后的亮度-电压-电流密度特性、电致发光光谱及寿命。研究 发现,经过MgF₂/Se封装后,器件的电流密度-电压特性、亮度和发光光谱几乎没 有受到影响,二者的光谱峰都在528 nm处,色坐标(CIE)分别为(0.3555,0.6131)和(0.3560,0.6104),只是起亮电压由3V变为4V;器件的寿命由原来的175h变为300h,提高了1.7倍 。因此,MgF₂/Se薄膜是一种有效的OLEDs无机薄膜封装层。     

Co3O4/Fe2O3异质结复合材料的制备及其紫外光光电探测性能

分别采用旋涂法和水热法在FTO衬底上制备Co₃O₄种子层和Co₃O₄薄膜,再在Co₃O₄薄膜上水热生长Fe₂O₃纳米棒,获得了高质量的Co₃O₄/Fe₂O₃异质结复合材料。通过改变Fe₂O₃前驱体溶液浓度来改变异质结复合材料中Fe₂O₃组分的含量。结果表明,Fe₂O₃纳米棒覆盖在呈网状结构的Co₃O₄薄膜上,随着Fe₂O₃前驱体溶液浓度即Fe₂O₃组分含量的增加,Co₃O₄/Fe₂O₃异质结复合材料对紫外光的响应逐渐增强,当Fe₂O₃前驱体溶液浓度为0.015mol/L时,异质结复合材料有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(12.5mA/W)和探测率(4.4×10¹⁰Jones)。     

Li、Ce掺杂对NBTa-CBN高温压电陶瓷性质的影响研究

采用传统固相反应法制备了Ca_0.5(Na_0.5Bi_0.5)_0.5-3x(Li_0.5Ce_0.5)_3xBi₂TaNb_0.99Mn_0.01O₉(CNBTNM-LC100x)高居里温度(T_C)压电陶瓷。研究了Li、Ce复合离子掺杂对陶瓷结构和电学性质的影响。结果表明,随着Li、Ce掺杂量的增加,CNBTNM-LC100x陶瓷的晶体结构趋于由正交相向四方相转变,压电常数d₃₃逐渐增大,当x＞0.04(x为摩尔分数)时,d₃₃趋于降低。x=0.04时,具有最优的综合电学性能,d₃₃约为15.9 pC/N,600 ℃下直流电阻率ρ约为5.9×10⁵ Ω·cm,介电损耗tan δ(1 MHz)约为7%,T_C约为887 ℃。     

用溶胶-凝胶法制备的Cu2Bi2Cr2O8薄膜 及其光学和铁磁性能研究

以硝酸铜Cu(NO₃)₂·3H₂O、硝酸铬Cr(NO₃)₃·9H₂O、硝酸铋Bi(NO₃)₃·3H₂O和乙二醇为原料,利用溶胶-凝胶工艺在石英衬底上制备了纳米Cu₂Bi₂Cr₂O₈薄膜。通过X射线衍射(X-Ray Diffraction, XRD)和拉曼测试对样品进行了表征。结果表明,Cu₂Bi₂Cr₂O₈薄膜具有良好的光学特性,其禁带宽度为1.49 eV;在磁性测试方面,Cu₂Bi₂Cr₂O₈薄膜呈现出了良好的铁磁性。     

石墨烯掺杂Cs2CO3作为高效电子注入层的OLEDs性能研究

研制了石墨烯掺杂Cs₂CO₃(Cs₂CO₃:Graphe ne )作为高效电子注入层、结构为ITO/N,N′-bis-(1-naphthyl) -N,N′-diphenyl-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine (NPB)(50 nm)/tris-(8-hydroxy quinoline)-aluminum Alq₃(80 nm)/Cs₂CO₃:Gra phene (mss 20% 1nm)/Al(120 nm)的OLEDs。将其与标准器件ITO/NPB(50 nm)/Alq₃(80 n m)/LiF(0.5 nm)/Al(120 nm)作性能比较,研究石墨烯掺杂在Cs₂CO₃中作为电子注入层 对 OLEDs性能的影响。结果表明,基于Cs₂CO₃:Graphene结构作为电子注入层的器 件效率要高于LiF作为电子注入层的器件,其最大电流效率达到2.02 cd/A, 是标准器件的2.59倍;亮度也高于LiF作为电子注入层的器件,在10 V时达 到最大值7690cd/m²,是标准器件最大亮度 的2.07倍。性能得到提高的主要机理是由于Cs₂CO₃:Graphene的引入提高了电子注入效率。     

CaBi2Ta2O9基压电陶瓷改性研究

该文采用传统固态反应法制备了Ca_1-x(Li_0.5Ce_0.4Pr_0.1)_xBi₂Ta₂O₉(x为摩尔分数)陶瓷,研究了(Li_0.5Ce_0.4Pr_0.1)²⁺复合离子不同掺杂浓度对陶瓷结构和电学性质的影响。结果表明,在选定浓度范围内,(Li_0.5Ce_0.4Pr_0.1)²⁺复合离子改善了CaBi₂Ta₂O₉基陶瓷的压电活性与高温下的直流电阻等特性。当x=0.08时,陶瓷具有最佳综合性能,即压电常数d₃₃=10.3 pC/N,居里温度TC=928 ℃,直流电阻率ρ=1.12×10⁶ Ω·cm(650 ℃),介电损耗tan δ=0.026(1 MHz,650 ℃)。     

电流增益截止频率为441 GHz的InGaAs/InAlAs InP HEMT

本文设计并制作了f_T > 400 GHz的In_0.53Ga_0.47As/In_0.52Al_0.48As 铟磷高电子迁移率晶体管（InP HEMT）。采用窄栅槽技术优化了寄生电阻。器件栅长为54.4 nm,栅宽为2 × 50 μm。最大漏极电流I_DS.max为957 mA/mm,最大跨导g_m.max为1265 mS/mm。即使在相对较小的V_DS = 0.7 V下,电流增益截止频率f_T达到了441 GHz,最大振荡频率f_max达到了299 GHz。该器件可应用于太赫兹单片集成放大器和其他电路中。     

在复合衬底γ-Al2O3/Si(001）上生长GaN

采用分子束外延（MBE）生长方法，使用γ-Al₂O₃材料作为新型过渡层，在Si(001）衬底上获得了没有裂纹的GaN外延层，实验结果表明使用γ-Al₂O₃过渡层有效地缓解了外延层中的应力. 通过生长并测试分析几种不同结构的外延材料，研究了复合衬底γ-Al₂O₃/Si (001）生长GaN情况，得到了六方相GaN单晶材料，实现了GaN c面生长. 预铺薄层Al及高温AlN层可以提高GaN晶体质量，低温AlN缓冲层可以改善GaN表面的粗糙度. 为解决Si(001）衬底上GaN的生长问题提供了有益的探索.     

不同深宽比GaAs衬底的Al22O3/HfO2复合薄膜材料原子层沉积及能谱分析

利用热原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）技术在不同深宽比GaAs衬底上进行了Al2₂O₃/HfO₂复合薄膜的沉积。通过对其表面和能谱进行分析发现,沉积温度对复合薄膜的摩尔比具有较大的影响。随着深宽比的增大,其沉积表面和沟槽内会出现残留物;随着ALD沉积温度的上升,其沉积表面和沟槽内的残留物减少,摩尔比趋向均匀。当深宽比为2.2并利用150 ℃的低沉积温度时,表面及底面基本无残留物。但当深宽比为4.25时,150 ℃沉积明显有大量残留物。只有当温度升高到300 ℃时,表面和沟槽里复合薄膜的残留物才被明显消除。ALD技术可以实现各种器件结构的全方位钝化,这是其他化学气相沉积法无法比拟的。     

基于Bphen:BCP:Cs2CO3作为电子传输层的OLED性能研究

为了进一步平衡OLED器件内部空穴和电子载流子 的注入,制备了结构为ITO/NPB(40nm)/Alq₃(45nm)/Bphen:(X%)BCP:(5%)Cs₂CO₃(15nm)/Cs₂CO₃(1.5 nm)/Al(100nm)的OLED器件,通过改变BCP 的掺杂浓度,研究了以Bphen:BCP:Cs₂CO₃作为电子传输层对OLED器件发光亮度、电流 密度和效率等性能 的影响。结果表明,采用Bphen:BCP:Cs₂CO₃作为电子传输层能提高器件的电子注入能力 ,改善器件的性能, 相比于未引入BCP的器件,采用BCP掺杂浓度为10%的Bphen:BCP:Cs₂CO₃作为电子传输层 ,可以使器件 的最大电流效率提高46%,达到3.89cd/A,且 在电压从为5V上升至10V的过程中,器件的色坐标一直为 (0.35,0.55),具有很高的稳定性。原因是由于BCP的高LUMO能级和高 HOMO能级,能够有 效阻挡空穴到达阴极,减小空穴漏电流,同时使电子的注入更容易,电子和空穴的注入更加 平衡,发光也更加稳定。     

WO3对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善

研究了WO₃对Rubrene/C₇₀有机太阳能电池 (OSCs)性能的 改善,制备了结构为ITO/WO₃/Rubrene/C₇₀/BCP/Al的OSCs,其中WO₃插入在I TO和Rubrene中间作为阳极修饰层。通过优化WO₃的厚度,研究了WO₃对OSCs性能的改善及其作用机理。实验发现,器件的短路电流Jsc、开路电压V_oc、 填充因子(FF)、光电转换效率(PCE)和串联电阻Rs等性能参数随WO₃厚度的变化呈规律性变化;当 WO₃厚度小于80 nm时,器件PCE随着厚度的增加不断增大;当W O ₃厚大于80 nm时,器件PCE随着厚度的 增加不断减小;当WO₃厚度为80 nm 时,器件PCE达到最高为1.03%, 相应的J sc、V_oc、FF分别为2.81mA·cm－2、 0.83V、43.85%,Rs为45.3Ω·cm²,对比没有WO₃修饰层, 器件的J_sc、V_oc、FF和PCE分别提高了31%、137%、17%,Rs降低了33%。     

太赫兹瞬态光谱研究La0.7Ca0.3MnO3薄膜的温度相关相变

利用太赫兹瞬态光谱研究了La_0.7Ca_0.3MnO₃薄膜的热力学性质。La_0.7Ca_0.3MnO₃薄膜的金属-绝缘体相变温度在260 K左右,与铁磁-顺磁相变温度几乎相同。结果表明,La_0.7Ca_0.3MnO₃薄膜的电导率与薄膜中磁矩取向密切相关。研究发现在40～200 K的低温范围内,La_0.7Ca_0.3MnO₃薄膜的电导率可以用Drude模型拟合,在210～290 K的高温范围内可以用Drude-Lorentz模型拟合。     

Ca3Y2(Si3O9)2:Tb3+绿色荧光粉的光谱特性

采用高温固相法制备了Ca₃Y₂(Si₃O₉)₂: Tb³⁺绿色荧光粉,研究了材料的光学性能。X 射线衍射(XRD)结果显示,掺杂少量的Tb³⁺,并未影响Ca₃Y₂(Si₃O₉)₂材料 的晶相结构。Ca₃Y₂(Si₃O₉)₂:Tb³⁺ 荧光粉的激发光谱由较强的4f^75d1宽带吸收(200～300 nm )和较弱的4f-4f电子跃迁吸收 (300～500 nm)构成,主激发峰位于236nm。取波长分别为236、376和482nm的光 作为激发源时,发现样品的主发射峰均位于544 nm,对应Tb³⁺的⁵D 4→⁷F₅跃迁发射。以236nm 紫外光作为激发源,监测544nm主发射峰,随Tb³⁺浓度 的增大,Ca₃Y₂(Si ₃O₉)₂:Tb³⁺的荧光寿命逐渐减小,但在实验范围内并未出现浓度猝灭现象。     

激光预处理对HfO2光学薄膜微观性能的影响

研究了在1-on-1方式下激光预处理对HfO₂光学薄膜微观形貌、微观结构等性能的影响。实验采用薄 膜阈值能量的10%、50%%对HfO₂薄膜进行激光预处理,利用原子力显微镜(AFM )分别对预处理后薄膜表面 10μm和3μm×3μm的区域进行测 试,与预处理前相比,预处理后的薄膜所含杂质减少,薄膜表面锥状结构变得平 滑;利用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分别对预处理后薄膜的晶态结 构和化学键以及价态进 行测试,与预处理前相比,预处理后薄膜的晶态结构、化学键及价态均没有发生变化;利用 XPS对预处理后薄膜所含 的成分进行测试,与预处理前相比,预处理后薄膜中所含的Hf单质减少,HfO₂增多。实验 结果表明,激光预处理具有抛光和氧化膜层的作用。     

环境温度对HfO2铁电存储器的质子辐照效应影响研究

基于HfO₂的铁电随机存取存储器(FeRAM)具有功耗低、存取速度快,易于小型化,抗干扰能力强等优势,在航天航空领域有广袤的发展空间。然而,FeRAM在太空环境下的抗辐照性能尚未得到全面的研究。研究了W/TiN/Hf0.5Zr0.5O₂(HZO)/TiN铁电存储器在常温和高温环境下经5 MeV质子辐照后的电学特性和铁电畴结构变化。通过电学和压电响应力显微镜(PFM)手段表征发现,在常温质子辐照后,电容器的介电常数(ε_r)和剩余极化强度(P_r)值均增大,器件的铁电性能提升,常温高注量质子辐照有利于存储器在太空环境中工作,但随着辐照时环境温度升高,HZO存储器的铁电性能下降,漏电流增大,铁电存储器的各项性能明显退化。     

可调谐氮化硅波导微环谐振腔滤波器研究

设计并制备了一种基于热光效应的集成可调谐氮化 硅(Si₃N₄)波导微环谐振腔滤波器,通过采用马赫-曾德干涉仪(MZI)构成的可调谐 耦合器控制耦合区耦合比,以实现滤波器消光比的调谐。设计并优化了微环谐振 腔的波导截面尺寸、弯曲半径和耦合区波导间隔等参数,并通过光刻、反应离子刻蚀(RIE )等工艺制备 了两种不同弯曲半径的Si₃N₄波导微环谐振腔。实验结果表明,本文器件在波长1550nm附近处的自由光谱 范围(FSR)为68pm,3dB带宽约为16pm,品质因子Q达到了9.68×10 4,消光比可调范围约为17dB。     

Mn0.1Ti0.9O2-δ稀磁半导体薄膜的MBE生长及表征

采用OPA-MBE方法在SrTiO3(STO)衬底上成功制备了Mn_0.1Ti_0.9O_2-δ(MTO）稀磁半导体薄膜. 利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外可见光分度计以及直流四探针测试仪研究了薄膜的晶体结构、化学组成、光吸收和电荷输运性质. MTO薄膜具有锐钛矿和金红石的混合相，光吸收带边界发生“红移”，电荷输运性质明显提高，室温环境下电阻率仅为37.5Ω·m.     

SiO2/聚合物Y分支波导型热光开关研究

为提高波分复用(WDM)光通信网中核心器件光开关 的响应速度,设计并制备了SiO₂/聚合物复合型 Y分支结构波导热光开关。器 件选择具有高热导率的SiO₂作为波导的下包层,低成本的聚甲基丙烯酸甲脂-甲基丙烯酸 环氧丙酯共聚物(P(MMA-GMA))作为芯层和上包层,利用束 传播法模拟和优化Y分支波导的设计,通过光刻、刻蚀和蒸发等传统半导体工艺进行器件制 备。实验测得开关插入损耗为12dB, 消光比为18dB,方波驱动的上升和下降响应时间均为200μs。实验结果表明,SiO₂/聚 合物复合波导结构可有效提高热场的扩散速度和折射率调节效率,减小开关的响应时间。     

SiO2/W反射叠层的分布电容对体波谐振器的影响

该文使用SiO₂和金属材料钨（W）构造布喇格反射叠层,将其应用于由横向电场激励体声波谐振器（XBAR）,并分析了金属层对谐振器性能的影响。所设计的谐振器以128°YX-切铌酸锂为压电层,Al为电极,SiO₂和W为周期层叠结构,单晶硅作为衬底的固态装配型谐振器（SMR）,利用叉指电极换能器（IDT）激发出A1模式。首先计算声阻抗层厚度对SiO₂/W叠层传输系数的影响,得到中心频率为3.7 GHz的布喇格阻带。横波（主模）在经过叠层时被反射,纵波（杂模）则部分地泄露到衬底。由于钨具有电导性,致使IDT与钨之间形成并联分布电容,改变了原有的电场分布,导致谐振器的耦合系数下降。通过实验测试谐振器的实际性能,获得耦合系数为12%。虽然W具有高声阻抗,但分布电容的影响恶化了电气参数。