基于阳极键合干法刻蚀技术的MEMS隧道加速度计的加工及测试

提出了一种基于北京大学硅玻璃键合深刻蚀释放工艺的扩展工艺,用来加工微型隧道加速度计.采用HP4145B半导体分析仪在大气环境下对所加工的器件进行了开环测试,验证了隧道电流的存在以及隧道间隙与隧道电流之间的指数关系.实验结果外推出的隧道势垒的范围为1.182～2.177eV.大部分器件的开启电压在14～16V之间.在-1,0和+1g三种状态下对开启电压分别进行了测试,得到加速度计的灵敏度约为87mV/g.     

GaN p-i-n紫外探测器的研制

研制了一种GaN p-i-n型单元器件,详细地讨论了该器件的制备工艺,并对该器件进行了光电性能测试.测试结果表明,器件的正向开启电压在2 V左右,零偏动态电阻R0约为1010～1011 Ω,最大峰值响应率在365 nm处为0.18～0.21 A/W,器件的上升响应时间和下降时间分别为2.8和13.4 ns.     

不同钝化层结构的长波碲镉汞光伏探测器的γ辐照效应

对采用单层ZnS和双层CdTe/ZnS两种钝化层结构的长波碲镉汞光伏器件进行了实时γ辐照效应研究.通过辐照过程中实时测试器件的电流-电压特性,发现随着辐照剂量的增加,两种器件表现出不同的辐照效应.结合光伏器件的电流机制分析,对器件的电阻-电压曲线进行数值拟合,发现器件的主要电流机制在偏压较大时为间接隧道电流,在偏压较小及零偏压附近时为产生-复合电流.对辐照前后器件的电阻-电压曲线进行对比分析,认为CdTe/ZnS双层钝化结构有助于降低辐照位移效应的影响,使得器件间接隧道电流随辐照剂量无明显的增加;同时发现辐照电离效应的影响与器件材料的初始性能参数密切相关,拟合得到ZnS单层钝化结构的器件具有较高的少子产生-复合寿命,受电离效应的影响较大,导致其产生-复合电流随着辐照剂量增加持续增大.     

一种快速开启的低触发改进型DTSCR

提出了一种快速开启的低触发改进型DTSCR(MDTSCR).该MDTSCR是在传统DTSCR基础上加入电流增益放大模块,大幅提升了寄生双极型晶体管的电流增益,降低触发电压,提高了器件的开启速度.实验结果表明,在28 nm CMOS工艺下,与传统DTSCR相比,该MDTSCR的开启时间缩短了52％,触发电压从5.5 V下...     

基于光纤检测技术的扭转敏感微机电系统加速度传感器

为实现微型化、抗电磁干扰、可长时间工作和可远距离传输的加速度传感器,提出了一种基于微机电系统(MEMS)非对称扭镜结构的光纤加速度计设计方案,并利用对角度变化非常敏感的双光纤准直器对扭镜的扭转角度变化进行检测。MEMS光纤加速度计由MEMS非对称扭镜结构、驱动电极和双光纤准直器等组成。分析了器件的加速度敏感原理和光纤检测原理,介绍了器件综合设计考虑,并给出了器件的结构参数。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS光纤加速度计样品。对加速度计进行了实验测试,加速度计的输出实验值与理论值吻合。测试结果表明,该加速度计量程为±2g,带宽为600 Hz,分辨率优于10-4 g,且具有良好的线性度和重复性。该MEMS光纤加速度计将MEMS敏感结构与光纤检测相结合,兼备了两者的优点,结构紧凑、制作工艺简单。     

集成浸没透镜结构碲镉汞光伏器件的研制

采用等温气相外延方法(Isothermal Vapor Phase Epitaxy,ISOVPE)在CdZnTe衬底上生长出碲镉汞外延材料.在此基础上研制出在近室温条件下工作、具有集成浸没透镜结构的碲镉汞光伏器件,器件的工作波段为2.5 μm～3.2 μm.由于采用ISOVPE工艺生长的碲镉汞外延材料的组分梯度较大,文中采用多次湿法腐蚀-透射光谱测试的方法对材料的截止波长进行较精确的定位.在CdZnTe衬底上采用单点金刚石工艺得到直径为1.5 mm的超半球结构集成浸没透镜,然后利用激光诱导电流(LBIC)测试方法评价加工浸没透镜前后的器件光学响应面积.通过比较透镜加工前后器件的电流-电压特性曲线,对浸没透镜加工过程的影响进行了评价,发现透镜加工完成后器件的零偏压电阻略有增加,这与超半球结构会减小器件的辐射入射角相符合.在透镜加工前后对器件的黑体信号和噪声进行了测试,发现具有浸没透镜的器件的信号比之前增加了20～30倍,其噪声由于零偏压电阻的增加而略有降低.因此器件的黑体探测率实现了最高达4倍的增加.     

1200V大容量SiC MOSFET器件研制

采用平面栅MOSFET器件结构,结合优化终端场限环设计、栅极bus-bar设计、JFET注入设计以及栅氧工艺技术,基于自主碳化硅工艺加工平台,研制了1200V大容量SiC MOSFET器件.测试结果表明,器件栅极击穿电压大于55V,并且实现了较低的栅氧界面态密度.室温下,器件阈值电压为2.7V,单芯片电流输出能力达到50A,器件最大击穿电压达到1600V.在175℃下,器件阈值电压漂移量小于0.8V;栅极偏置20V下,泄漏电流小于45nA.研制器件显示出优良的电学特性,具备高温大电流SiC芯片领域的应用潜力.     

1200V大容量SiC MOSFET器件研制

采用平面栅MOSFET器件结构,结合优化终端场限环设计、栅极bus-bar设计、JFET注入设计以及栅氧工艺技术,基于自主碳化硅工艺加工平台,研制了1200V大容量SiC MOSFET器件.测试结果表明,器件栅极击穿电压大于55V,并且实现了较低的栅氧界面态密度.室温下,器件阈值电压为2.7V,单芯片电流输出能力达到50A,器件最大击穿电压达到1600V.在175℃下,器件阈值电压漂移量小于0.8V;栅极偏置20V下,泄漏电流小于45nA.研制器件显示出优良的电学特性,具备高温大电流SiC芯片领域的应用潜力.     

AlInGaN/GaN PIN紫外光电探测器的研制

用AlInGaN四元合金代替AlGaN作为PIN探测器的有源层,研制出AlInGaNPIN紫外探测器.详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对器件进行了光电性能测试.测试结果表明,器件的正向开启电压约为1.5 V,反向击穿电压大于40 V;室温-5 V偏压下,暗电流为33 pA,350 nm处峰值响应度为0.163 A/W,量子效率为58%.     

一种用于锂电池保护芯片的低功耗电压基准源

介绍了一种应用于锂电池保护芯片的低功耗CMOS电压基准源.该电路采用耗尽型NMOS管作电流源器件,结合负反馈,实现了稳定的电压基准.这种新型电压基准电路适用于锂电池保护芯片,提供检测基准电压.采用这种基准电路的锂电池保护芯片已在0.6 μm双层多晶硅单层金属的CMOS工艺下实现.测试结果表明,电源电压在2.5～5 V范围内变化时,输出基准电压为1.2 V,变化不超过5 mV,最大工作电流小于1 μA,休眠状态下电流小于50 nA,完全符合锂电池保护电路对低功耗基准源的要求.     

Edge Effects on Gate Tunneling Current in HEMTs

We elucidate five considerations for accurate estimation of electron tunneling from the gate edges of high-electron mobility transistors (HEMTs). These considerations are listed as follows: 1) edge roughness; 2) net charge at the AlGaN/passivation interface; 3) dielectric constant of the medium above the HEMT surface; 4) nontriangular potential barrier; and 5) negligible angular tunneling from the gate edge. Using these considerations, we calculate the reverse gate current I_G of AlGaN/GaN HEMTs based on thermionic trap-assisted tunneling (TTT) and direct tunneling (DT) mechanisms. These calculations establish that the observed rise in I_G for a gate voltage beyond the threshold is due to tunneling from the gate edges. The calculations also show that the TTT mechanism can predict the measured I_G of AlGaN/GaN HEMTs over a wide range of gate voltages and temperatures and point to the possibility of a rapid rise in I_G at high gate voltages due to the DT mechanism.     

带间共振隧穿二极管(RITD)

带间共振隧穿二极管(RITD)是导带与价带间发生共振隧穿的两端器件,其特点是启始电压VT和峰值电压Vp较低,电流峰谷比PVCR较大。在导出RITD物理模型和其电流密度方程的基础上重点介绍了InAs/AlSb/GaSbⅡ类异质结RITD、n+InAlAs/InGaAs/InAlAs/In-GaAs/p+InAlAsp-n结双势阱Ⅰ类RITD以及δ掺杂RITD三种RITD的器件结构、材料结构、工作原理、器件特性和参数等,并对这三种RITD的特点进行了比较和讨论。     

基于肖特基栅共振隧穿三极管的器件模拟与实验分析

通过流片,制作出肖特基栅共振隧穿三极管(SGRTT).根据ATLAS软件的模拟发现,当发射极接地, 集电极接外加偏压时,栅极电压对于SGRTT的电流起到明显的控制作用.当集电极接地,栅极电压会主要影响峰值电压,其原因是栅极电压和发射极、集电极的电场分布将会改变耗尽区的分布.实验测试结果对这种现象也予以证实.     

基于肖特基栅共振隧穿三极管的器件模拟与实验分析

通过流片,制作出肖特基栅共振隧穿三极管（SGRTT） .根据ATLAS软件的模拟发现,当发射极接地,集电极接外加偏压时,栅极电压对于SGRTT的电流起到明显的控制作用.当集电极接地,栅极电压会主要影响峰值电压,其原因是栅极电压和发射极、集电极的电场分布将会改变耗尽区的分布.实验测试结果对这种现象也予以证实.     

GaAs基共振隧穿微加速度计的研究

研究了一种新型的GaAs基压阻式共振隧穿微加速度计结构。该微加速度计的压敏元件采用AlAs/In0.1Ga0.9As双势垒共振隧穿纳米薄膜结构。加速度计的压敏元件和悬臂梁的加工分别利用空气桥工艺和控制孔工艺。对加工出来的加速度计结构进行振动台实验,初步测得传感器的灵敏度为7.6mV/g,线性度为0.16%。     

Single‐Electron Tunneling through Molecular Quantum Dots in a Metal‐Insulator‐Semiconductor Structure

A sigle‐electron tunneling (SET) in a metal‐insulator‐semiconductor (MIS) structure is demonstrated, in which C₆₀ and copper phthalocyanine (CuPc) molecules are embedded as quantum dots in the insulator layer. The SET is found to originate from resonant tunneling via the energy levels of the embedded molecules, (e.g., the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO)). These findings show that the threshold voltages for SET are tunable according to the energy levels of the molecules. Furthermore, SET is observable even near room temperature. The results suggest, together with the fact that these properties are demonstrated in a practical device configuration, that the integration of molecular dots into the Si‐MIS structure has considerable potential for achieving novel SET devices. Moreover, the attempt allows large‐scale integration of individual molecular functionalities.     

New mechanism of gate current in heterostructure insulated gate field-effect transistors

We demonstrate that the mechanism responsible for the gate current in heterostructure insulated gate field-effect transistors (HIGFET's) changes drastically at the gate voltage equal to the threshold voltage. At the gate voltages below the threshold voltage the gate current is determined by the thermionic emission over the Schottky barrier at high temperatures and by the thermionic field emission at low temperatures. Above the threshold the gate current is determined by the new mechanism which is the thermionic emission over the conduction band discontinuity at high temperatures and by tunneling through the AlGaAs layer at low temperatures. We present the model describing the gate current in the entire range of the gate voltages and device temperatures.     

隧道结TiOx线宽度对隧穿现象的影响

在新型超高速光导开关的研究中,采用AFM阳极氧化加工方法,加工利用磁控溅射方法在GaAs衬底得到的厚约3nm的钛膜,形成纳米级氧化钛线.该Ti-TiOx-Ti形成MIM隧道结作为光导开关的基本结构,并且TiO x作为电子的能量势垒.为说明氧化线的宽度对隧穿现象的影响,确定加工超高速光导开关时不引起隧穿的最窄线宽及其实验条件,通过控制空气中的相对湿度,在加工速度、氧气浓度和偏置电压不变的条件下,加工出宽度分别为15.6,34.2和46.9nm的钛氧化线,测试了不同宽度氧化线隧道结的I-V特性.结果表明,在两电极的偏压为6V时不引起隧穿的前提下,可以在超高速光导开关两电极间加工最小宽度大约为10nm的氧化钛线.     

Tunneling in HTS junctions

The effects caused by the layered structure of high-temperature superconductors (HTS) ought to be taken into consideration at the time of constructing different HTS junction devices. The authors demonstrate this by studying tunneling phenomena in HTS. The tunneling current-voltage characteristics of different structures such as “Normal Metal-Insulator-HTS” (NIS-structure) and “HTS-Insulator-HTS” (SIS-structure) are calculated. The real layered structure of HSS is taken into account and corresponding peculiarities on I(V) are obtained. The authors have analyzed different types of contacts which are realized in the NIS- and SIS-junctions. The contributions of the superconducting and normal layers of HTS to the tunneling current of NIS- and SIS-structures are found     

金属结单电子晶体管的模型建立及实验验证

在正统理论的基础上,使用主方程法建立了金属结单电子晶体管的器件模型和算法流程.将电容、电阻和温度等参数代入器件模型得到的I-Ⅴ特性曲线与实验结果吻合较好,从而验证了模型、算法以及程序流程的正确性.此外,通过详细讨论模拟与实验的三组曲线差别,得到模型使用主方程的稳态解是导致模拟与实验之间结果存在差别的主要原因,即求解含有时间的主方程将增加模拟精度;而且,指出镜像电荷引起的电势使电流随电压呈现指数增加的主要影响因素,明显偏离理论模拟的线性增加趋势.