Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronics and Information, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China
2 Tianjin Key Laboratory of Imaging and Sensing Microelectronic Technology, School of Microelectronics, Tianjin University, Tianjin 300072, China
3 Chongqing Optoelectronics Research Institute, Chongqing 400060, China
CMOS image sensors produced by the existing CMOS manufacturing process usually have difficulty achieving complete charge transfer owing to the introduction of potential barriers or Si/SiO2 interface state traps in the charge transfer path, which reduces the charge transfer efficiency and image quality. Until now, scholars have only considered mechanisms that limit charge transfer from the perspectives of potential barriers and spill back effect under high illumination condition. However, the existing models have thus far ignored the charge transfer limitation due to Si/SiO2 interface state traps in the transfer gate channel, particularly under low illumination. Therefore, this paper proposes, for the first time, an analytical model for quantifying the incomplete charge transfer caused by Si/SiO2 interface state traps in the transfer gate channel under low illumination. This model can predict the variation rules of the number of untransferred charges and charge transfer efficiency when the trap energy level follows Gaussian distribution, exponential distribution and measured distribution. The model was verified with technology computer-aided design simulations, and the results showed that the simulation results exhibit the consistency with the proposed model.
CMOS image sensor charge transfer interface state traps Journal of Semiconductors
2023, 44(11): 114104
1 先进输电技术国家重点实验室, 北京 102209
2 全球能源互联网研究院有限公司, 北京 102209
SiC因其优越的电学特性，已发展成为高压功率器件领域的翘楚。然而，SiC与SiO2界面存在高密度界面态，使得SiC MOSFET沟道迁移率远低于SiC材料本身的体迁移率，大大约束了SiC材料本身电学性能的发挥。为改善反型层沟道迁移率，不同功率器件厂商采用了不同的栅极氧化工艺，所实现的栅极氧化层界面态密度各有不同，现有的功率器件仿真软件提供的多种界面态能级分布模型都需要芯片厂商实际的流片数据作为支撑，这对功率器件上游设计人员产生了阻碍。基于此，文章通过流片测试数据，结合TCAD仿真软件给出了一种用于SiC MOSFET器件仿真的界面态能级分布模型。利用给出的界面态能级分布模型，与实际产品对比，仿真得出的I-V曲线与测试曲线基本重合。
界面态 仿真模型 反型层迁移率 界面陷阱 SiC MOSFET SiC MOSFET interface state simulation model inversion layer mobility interface trap
1 中电科技集团重庆声光电有限公司, 重庆 400060
2 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
研究了混合模式应力损伤对SiGe HBT器件直流电性能的影响,对比了混合模式损伤前后器件1/f噪声特性的变化。结果表明,在SiGe HBT器件中,混合模式损伤在Si/SiO2界面产生界面态缺陷Pb,导致小注入下基极电流增加;H原子对多晶硅晶界悬挂键的钝化作用引起中等注入区基极电流减小,导致电流增益增强。混合模式损伤缺陷位于硅禁带宽度内本征费米能级附近,虽然使基区SRH复合电流增加,却不会改变器件的低频噪声特性。
1/f噪声 热载流子 界面态 混合模式损伤 1/f noise SiGe HBT SiGe HBT hot carrier interface state mixed-mode damage
苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215000
光子晶体确定性界面态因其在光波导等领域的广泛应用引起了研究人员广泛的研究热情。尝试利用光子晶体的有效电磁参数来对确定性界面态的产生进行预测，这是对现有能带的Zak相位理论的推广。有效电磁参数的优势在于不需要计算复杂的能带结构与Zak相位，用于更简便地设计光子晶体中的确定性界面态。与表面等离子体激元类似，确定性界面态的存在需要构成界面的两种光子晶体的阻抗之和为零，因此各向异性光子晶体中确定性界面态的存在只取决于特定方向的有效介电常数与有效磁导率。通过设计有效电磁参数满足条件的各向异性光子晶体，可以保证确定性界面态存在且只沿特定的界面方向传播。仿真结果证实了光子晶体有效介质理论的准确性以及界面态的存在。
物理光学 光子晶体 确定性界面态 有效电磁参数 阻抗 光学学报
2022, 42(21): 2126002
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感器技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
采用In0.74Al0.26As / In0.74Ga0.26As / InxAl1-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，SiNx和SiNx / 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SiNx相比，通过原子层沉积生长的Al2O3可以有效地抑制Al2O3和In0.74Al0.26As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SiNx / Al2O3 / In0.74Al0.26As的快界面态密度比SiNx / In0.74Al0.26As的快界面态密度低一个数量级。因此，采用原子层沉积生长的Al2O3作为钝化膜可以有效地降低Al2O3和In0.74Al0.26As之间的快界面态密度，从而降低In0.74Ga0.26As探测器的暗电流。
InAlAs 原子层沉积 Al2O3 SiNx 金属-绝缘体-半导体电容器 界面态密度 InAlAs ALD Al2O3 SiNx MIS capacitor interface state density
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
3 天津大学理学院量子交叉研究中心, 天津 300350
提出了一种基于谷霍尔效应的单向波导,波导结构由两种不同拓扑性质的光子晶体组成。这两种光子晶体均是由Al70Ga30As和Si介质柱构成,可以实现光在通信波段中的单向通过。仿真结果表明,所提结构不仅可以实现光路的大角度转弯,还对缺陷具有良好的耐受性,为具有高效光传输特性的新型光波导设计提供了参考。
集成光学 光子晶体 谷霍尔效应 拓扑光学 单向传输 边界态 光学学报
2021, 41(19): 1913001
1 青岛科技大学数理学院, 山东 青岛 266061
2 山东省新型光电材料与技术工程实验室, 山东 青岛 266061
基于传输矩阵法,通过计算一维有限光子结构的阻抗,研究了由反转对称层状光子结构构成的组合结构中界面态存在的条件。对于分别由反转对称中心不同的元胞构成的两个光子结构而言,其阻抗虚部在所有奇数带隙内符号相反,在偶数带隙内符号相同,因此两个反转对称结构存在阻抗虚部之和在奇数带隙内为零的特征频率,由两个光子结构构成的组合结构在该特征频率处存在一个界面态,同时整个组合结构的阻抗虚部在该特征频率处也等于零。若由多个反转对称中心不同的有限大层状结构按照交替排列的方式构成组合结构,则在同一个奇数带隙内会出现多个界面态,在这些界面态频率处组合结构的阻抗虚部仍然等于零,各界面态光波的电场分布在组合界面处表现出显著的局域性。通过改变其中一部分结构的元胞数来调控组合结构中出现的多个界面态的位置,可满足不同的应用需求。
材料 光子带隙材料 传输矩阵 界面态 阻抗 滤光片
1 西安电子科技大学 物理与光电工程学院,陕西 西安 710071
2 中国空空导弹研究院 红外探测器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471009
基于Silvaco二维数值仿真研究了界面陷阱对背照式p-on-n台面型InSb光伏红外探测器串音和量子效率的影响,通过分析探测器中复合率分布、空穴电流密度分布、电场分布等与界面陷阱的空间分布及浓度的相关性,揭示了界面陷阱影响探测器的稳态性能的内在物理机制.研究结果表明,N-型InSb有源区与钝化层界面处的陷阱和像元台面间的界面陷阱都会在提高串音性能的同时降低量子效率,但由于两者作用区域不同,所以对两种性能的影响程度不同.
界面态 陷阱 InSb光伏型红外探测器 量子效率 串音 interface state traps a photovoltaic InSb infrared detector quantum efficiency crosstalk
山东大学 空间科学与物理学院, 山东 威海 264209
以P型<100>硅作为衬底, 采用射频磁控溅射技术, 在室温下制备了氮掺杂氧化铟锡锌薄膜晶体管(ITZO TFTs), 研究了氮气流量对氧化铟锡锌薄膜晶体管结构、光学、电学特性以及稳定性的影响。实验结果表明: 在不同氮气流量条件下制备的氧化铟锡锌薄膜均为非晶态, 在可见光范围内的平均透过率均在90%左右, 光学带隙数值在3.28~3.32 eV之间变化。在氮气流量为4 mL/min时制备的ITZO TFTs, 有源层与栅极电介质界面处的界面态密度(Nmaxs)仅为4.3×1011 cm-2, 场效应迁移率( μFE )为18.72 cm2/(V·s), 开关比(Ion/off)为106, 亚阈值摆幅(S)为 0.39 V/dec, 电学性能最优。栅极正偏压应力测试结果表明, 该器件具有最强的稳定性。因此, 适量的氮掺杂可有效地实现器件氧空位的钝化, 降低器件的界面态密度, 提高ITZO TFTs的电学性能及稳定性。
氧化铟锡锌薄膜晶体管 射频磁控溅射 氮掺杂 界面态密度 ITZO TFTs RF magnetron sputtering nitrogen doping interface state density
1 上海大学物理系 量子与分子结构国际中心, 材料基因研究院, 上海 200444
2 中科院上海微系统与信息技术研究所, 信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
3 深圳大学材料学院, 深圳市特种功能材料重点实验室, 深圳 518060
4 德国于利希研究中心, 于利希 52425,德国
在SiO2/Si(P++)衬底上制备了多层MoS2背栅器件并进行了测试.通过合理优化和采用10 nm SiO2 栅氧, 得到了良好的亚阈值摆幅86 mV/dec和约107倍的电流开关比.该器件具有较小的亚阈值摆幅和较小的回滞幅度, 表明该器件具有较少的界面态/氧化物基团吸附物.由栅极漏电造成的漏极电流噪声淹没了该器件在小电流(~10-13 A)处的信号, 限制了其开关比测量范围.基于本文以及前人工作中MoS2器件的表现, 基于薄层SiO2栅氧的MoS2器件表现出了良好的性能和潜力, 显示出丰富的应用前景.
MoS2场效应晶体管 良好的亚阈值斜率 SiO2栅介质 界面态密度 MoS2 FETs excellent subthreshold swing SiO2 dielectric interface state density
