1 南昌大学物理与材料学院，江西 南昌 330031
2 南昌大学空间科学与技术研究院，江西 南昌 330031
太赫兹在高速通信、生物医学、无损检测、空间探测和安全防护等众多领域有广阔的应用前景，然而高灵敏室温太赫兹探测器是其亟待解决的难题之一。新兴拓扑材料特殊的光电子学性质为太赫兹探测开辟了新路径。基于第一性原理计算第II类狄拉克半金属NiTe2的能带结构及拓扑表面态，采用机械剥离法得到NiTe2纳米片，通过集成电路工艺制备金属-NiTe2-金属场效应晶体管，并测量其太赫兹光电流响应。结果表明，室温下NiTe2响应度可达2.44 A/W，噪声等效功率约为14.96 pW/Hz1/2，在零偏压自驱动下，响应度仍有2.25 A/W，噪声等效功率下降到9.55 pW/Hz1/2，可与同类探测器媲美，且具有较大的线性度范围，在空气中也具有良好的稳定性。该器件良好的性能对进一步促进室温太赫兹探测器实际应用及集成具有重要意义。
太赫兹 拓扑半金属 探测器 自驱动 场效应晶体管 terahertz topological semimetal detector self-driving field effect transistor 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811023
1 西安交通大学, 电子物理于器件教育部重点实验室, 西安 710049
2 西安交通大学电子与信息学部, 宽禁带半导体与量子器件研究所, 西安 710049
相较于传统的硅材料, 宽禁带半导体材料更适合制作高压、高频、高功率的半导体器件, 被认为是后摩尔时代材料创新的关键角色。单晶金刚石拥有大禁带宽度、高热导率、高迁移率等优异特性, 更是下一代大功率、高频电子器件的理想半导体材料。然而由于可获得单晶金刚石的尺寸较小, 且价格昂贵, 极大地阻碍了金刚石的发展。历经长时间的探索, 异质外延生长技术成为了获得高质量、大面积单晶金刚石的有效手段。本综述从金刚石异质外延的衬底选择、生长机理以及质量改善等方面对近些年来异质外延单晶金刚石的发展进行详细介绍。进一步地, 对基于异质外延单晶金刚石的场效应晶体管和二极管的研究进行了总结, 说明了异质外延单晶金刚石在电子器件领域的巨大潜力。最后总结了异质外延单晶金刚石仍需面对的挑战, 展望了其在未来的应用与发展前景。
单晶金刚石 异质外延生长 宽禁带半导体 半导体器件 场效应晶体管 二极管 single-crystal diamond heteroepitaxial growth wide-band gap semiconductor semiconductor device field-effect transistor diode
1 重庆交通大学材料科学与工程学院, 重庆 400714
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
3 南京大学电子科学与工程学院, 固体微结构物理国家重点实验室, 南京 210023
4 安徽大学物理科学与信息技术研究所, 混合材料结构与功能调控教育部重点实验室, 合肥 230601
二硫化钨(WS2)由于具有可调的带隙、强的光-物质相互作用、较高的载流子迁移率等性质, 在光电子器件领域具有较为广泛的应用。本文通过常压化学气相沉积(CVD)法, 以硫粉和过渡金属氧化物为前驱体, 在SiO2/Si上生长了枝晶WS2/单层WS2同质结。在衬底上将样品的形貌演化分为了4个区域: 叠加生长区(Ⅳ)、树枝状WS2生长区(Ⅲ)、六角状WS2生长区(Ⅱ)和无明显形貌区(Ⅰ)。采用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等测试手段系统比较了所制备枝晶WS2/单层WS2在衬底上数量、形貌、结构和性质的不同。研究发现枝晶WS2形貌的不同影响了实际缺陷浓度, 从而影响了拉曼特征峰位置。利用原子吸附模型和S、W蒸气比的变化解释了形貌演化的生长机理。此外, 基于枝晶WS2/单层WS2制备的背栅式场效应晶体管(FET)光响应率为46.6 mA/W, 响应时间和恢复时间达到了微秒级别, 性能优于大多数CVD法制备的单层WS2背栅式场效应晶体管(WS2-FET)。这一工作有助于进一步加强对二维薄膜材料可控生长的理解, 对制备大面积、高质量的枝晶型结构具有一定参考价值。
化学气相沉积 同质结 形貌演化 生长机理 场效应晶体管 WS2 WS2 CVD homojunction morphological evolution growth mechanism FET
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
为克服传统制备半导体场效应晶体管（FET）过程中存在的材料损伤、对准精度受限、电极转移难度大和成本高昂等缺陷，提出了一种基于柔性掩膜技术的半导体FET制备方法。利用紫外光刻技术制作柔性掩膜板，直接捞取并加热蒸干固定掩膜板，采用离子束溅射法沉积金属，并通过将半导体CdSe纳米带转移到电极上，获得了N沟道耗尽型FET，证实了器件的功能性和此方法的可行性。此技术成本低廉，且材料损伤小，为制备集成半导体器件提供了一种新的思路。
半导体 场效应晶体管 掩膜板 semiconductor field effect transistor stencil
1 中国科学院大学 微电子学院, 北京 100029
2 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
3 淄博美林电子有限公司, 山东 淄博 255000
利用TCAD Sentaurus模拟仿真软件，研究分析了三种不同结构的槽栅型1 200 V SiC MOSFET单粒子响应特性，器件包括传统单沟槽MOSFET、双沟槽MOSFET和非对称沟槽MOSFET结构。仿真结果表明，双沟槽MOSFET的抗单粒子特性优于其它两种结构器件。通过分析可知，双沟槽MOSFET结构的优越性在于有较深的源极深槽结构，有助于快速收集单粒子碰撞过程产生的载流子，从而缓解大量载流子聚集带来的内部电热集中，相比其它两种结构能有效抑制引起单粒子烧毁的反馈机制。
碳化硅场效应晶体管 单粒子效应 槽栅型结构 电热反馈 SiC MOSFET single event burnout trench gate structure electrothermal feedback
中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 设计服务部, 上海 201203
当集成电路工艺进步到鳍式场效应晶体管(FinFET)技术节点时,二极管仍广泛用于输入/输出端口(I/O)的静电放电(ESD)防护工程,但二极管单位宽度鲁棒性比平面工艺有所降低。文章基于14 nm FinFET工艺,对栅隔离型二极管的失效电流(It2)、失效电压(Vt2)、单位宽度失效电流(It2/Width)以及单位面积失效电流(It2/Area)进行了详细研究,并给出了ESD器件特性随尺寸参数的变化趋势。实测数据表明,It2/Width随着Fin数目(nfin)、沿Fin方向的倍乘因子(Fn)、垂直于Fin方向的倍乘因子(Yarray)等的增加均会有所降低,但It2/Area却有所提高,且开启电阻几乎不受nfin和Fn的影响。
鳍式场效应晶体管 静电放电 栅隔离型二极管 混合二极管 FinFET ESD gated diode hybrid diode
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 中科院太赫兹固态技术重点实验室，上海 200050
2 中国科学院大学 材料科学与光电子工程中心，北京 100049
3 海南师范大学 材料科学与光电工程研究中心，海南 海口 571158
采用气体源分子束外延（GSMBE）技术，研究了InP衬底上InyAl1-yAs线性渐变缓冲层对In0.66Ga0.34As/InyAl1-yAs高迁移率晶体管（HEMT）材料特性影响。研究了不同厚度和不同铟含量的InyAl1-yAs线性渐变缓冲层对材料的表面质量、电子迁移率和二维电子气浓度的影响。结果表明，在300 K（77 K）时，电子迁移率和电子浓度分别为8 570 cm2/（Vs）-1（23 200 cm2/（Vs）-1）3.255E12 cm-2（2.732E12 cm-2）。当InyAl1-yAs线性渐变缓冲层厚度为50 nm时，材料的表面形貌得到了很好的改善，均方根粗糙度（RMS）为0.154 nm。本研究可以为HEMT器件性能的提高提供强有力的支持。
InyAl1-yAs线性渐变缓冲层 磷化铟 高电子迁移率场效应晶体管 InyAl1-yAs graded buffer layer InP high electron mobility transistor（HEMT）
1 西北工业大学, 辐射探测材料与器件工信部重点实验室, 西安 710072
2 西北工业大学深圳研究院, 深圳 518063
自2004年发现石墨烯以来, 二维材料以其丰富的带隙结构、独特的光电特性和无悬挂键的范德瓦耳斯表面等, 极大地拓宽了半导体电子、光电子器件的设计维度。其中二维硒化铟材料成为最具竞争力的未来高迁移率光电子器件用候选材料, 被诺贝尔奖获得者Andre Geim认为是“硅和石墨烯的‘黄金分割点’”。但人们对二维硒化铟材料的研究仅有不到十年的时间, 对其制备及应用的认识仍然不足。本文综述了二维硒化铟材料及其光电器件的研究现状。另外, 考虑到目前绝大多数二维硒化铟材料的研究是基于块状单晶体材料的机械剥离开始的, 因此本文首先回顾了硒化铟晶体结构的认识及其制备方法的发展历程, 在此基础上综述了二维硒化铟材料制备及其性能表征的前沿研究结果, 探讨了器件结构、材料制备方法等因素对二维硒化铟场效应晶体管和光探测器电学输运特性的影响, 最后分析了未来硒化铟材料及器件应用面临的机遇与挑战。
二维材料 硒化铟 晶体生长 场效应晶体管 光探测器 two-dimensional material indium selenide crystal growth field-effect transistor photodetector 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1703
1 湘潭大学材料科学与工程学院, 湖南湘潭 411105
2 西北核技术研究所, 陕西西安 710024
基于第六代 650 V碳化硅结型肖特基二极管 (SiC JBS Diode)和第三代 900 V碳化硅场效应晶体管 (SiC MOSFET), 开展 SiC功率器件的单粒子效应、总剂量效应和位移损伤效应研究。 20~80 MeV质子单粒子效应实验中, SiC功率器件发生单粒子烧毁 (SEB)时伴随着波浪形脉冲电流的产生, 辐照后 SEB器件的击穿特性完全丧失。 SiC功率器件发生 SEB时的累积质子注量随偏置电压的增大而减小。利用计算机辅助设计工具 (TCAD)开展 SiC MOSFET的单粒子效应仿真, 结果表明, 重离子从源极入射器件时, 具有更短的 SEB发生时间和更低的 SEB阈值电压。栅 -源拐角和衬底 -外延层交界处为 SiC MOSFET的 SEB敏感区域, 强电场强度和高电流密度的同时存在导致敏感区域产生过高的晶格温度。 SiC MOSFET在栅压偏置 (UGS =3 V,UDS =0 V)下开展钴源总剂量效应实验, 相比于漏压偏置 (UGS =0 V,UDS =300 V)和零压偏置 (UGS =UDS =0 V), 出现更严重的电学性能退化。利用中带电压法分析发现, 栅极偏置下氧化层内的垂直电场提升了陷阱电荷的生成率, 加剧了阈值电压的退化。中子位移损伤会导致 SiC JBS二极管的正向电流和反向电流减小。在漏极偏置下进行中子位移损伤效应实验, SiC MOSFET的电学性能退化最严重。该研究为空间用 SiC器件的辐射效应机理及抗辐射加固研究提供了一定的参考和支撑。
碳化硅结型肖特基二极管 碳化硅场效应晶体管 单粒子烧毁 计算机辅助设计 总剂量效应 位移损伤效应 SiC Junction Barrier Schottky diode Silicon Carbide Metal-Oxide Semiconductor Field-Ef Single Event Burnout Technology Computer Aided Design total dose effect displacement damage effect 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(9): 884
