序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇半導體材料論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰(zhàn)略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業(yè)革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術產業(yè)，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學技術的發(fā)展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發(fā)展現狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規(guī)模工業(yè)生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC’s）技術正處在由實驗室向工業(yè)生產轉變中。目前300mm，0．18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm,0．13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC’S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發(fā)中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發(fā)的重點。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優(yōu)勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4,6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：（1）．增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應用。(2)．提高材料的電學和光學微區(qū)均勻性。（3）．降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。（4）．GaAs和InP單晶的VGF生長技術發(fā)展很快，很有可能成為主流技術。

2.3半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎材料。

(1)Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發(fā)展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管(HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW,功率增益6.4db;雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz,HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1．3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1．5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結構端面發(fā)射激光器是目前光電子領域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極薄(～0．01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續(xù)輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。

為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發(fā)明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結構使波長為9．1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續(xù)輸出功率3mW。量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3．7μm室溫準連續(xù)應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3．75×104片4英寸或1．5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發(fā)展。

(2)硅基應變異質結構材料。硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0．9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。

2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料

基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發(fā)展與應用，極有可能觸發(fā)新的技術革命。

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP,InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達3．6～4W。特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區(qū)材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0．25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。

與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。

王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。

低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。

2.5寬帶隙半導體材料

寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發(fā)光二極管（LED)和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0．5W。在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。

寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關鍵問題,如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可見光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1．5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。

4量子比特構建與材料

隨著微電子技術的發(fā)展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計算的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規(guī)模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。

5發(fā)展我國半導體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業(yè)基礎，國力和半導體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料

硅材料作為微電子技術的主導地位至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產能力，更談不上規(guī)模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發(fā)達國家之林。

5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶

材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領導下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導體

微結構材料的建議

(1)超晶格、量子阱材料

從目前我國國力和我們已有的基礎出發(fā)，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業(yè)型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。

寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優(yōu)布點，分別做好研究與開發(fā)工作。

(2)一維和零維半導體材料的發(fā)展設想?；诘途S半導體微結構材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發(fā)展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地?？梢灶A料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。

篇(2)

【關鍵詞】半導體；材料與器件；教學改革

0 引言

《半導體材料與器件》是信息顯示與光電子工程本科專業(yè)的專業(yè)基礎課程，旨在使學生理解并掌握半導體材料的物理學的理論體系及基本器件的功能和應用，了解半導體器件的特性以及相應的儀器檢測方法，儀器測試原理，以及相關理論；了解半導體物理學發(fā)展的前沿及發(fā)展動態(tài)。同時，使學生學習本課程領域內專業(yè)知識的同時，提高專業(yè)英語的聽說讀寫能力，全面提高中英文專業(yè)水平，為社會輸送高質量人才。

1 優(yōu)質教學資源建設

合適的教材是保證雙語教學能夠順利進行的前提，擁有外文原版教材是雙語教學的必要條件。目前，在國內找不到一本合適的半導體材料與器件方面的教材；相關教材，如劉恩科等編著的《半導體物理學》、孟慶臣等編著的《半導體器件物理》、田敬民編著的《半導體物理問題與習題》，鄧志杰等編的《半導體材料》，楊樹人等編《半導體材料》，但能同時滿足《半導體材料與器件》教學要的教材還沒有。通過對網絡資料搜索，我們找到了相關的英文原版教材《Semiconductor Materials and Device Characterization》，是由美國Arizona State University 的Dieter K. Schroder教授等著作的，這本書系統(tǒng)地介紹了半導體材料與器件的基本參數、特性、測試儀器以及測試方法和原理，是一本優(yōu)秀的教材，先后在美國、加拿大、德國等地出版。在國內，尚未有出版發(fā)行，亦沒有影印版可以借鑒。另外，還有一些地道的英文原版教材，如University of Florida的Franky So等編著的《Organic Electronics Materials Processing Devices and Applications》，Robert F. Pierret等編著的《Semiconductor Device Fundamentals》。通過充分整合這些優(yōu)秀教材，建立教材庫，供教學使用，將為半導體材料與器件教學提供有力保障。

2 新型雙語教學模式的探索

2.1 傳統(tǒng)“填鴨式”教學方式的改進

傳統(tǒng)的“填鴨式”教學方法，一個最大的優(yōu)點是可以在極短的時間內，傳授完大部分的課本知識，節(jié)省時間。但是，其缺點也顯而易見，不利于學生消化、吸收新知識，造成“左耳進、右耳出”的現象。為避免這種現象，我們針對《半導體材料與器件》這門課的教學方式特作改進。以知識點串講的方式取代傳統(tǒng)的逐章逐節(jié)的講解模式，做到一半以上的時間用英語講解，對重點、難點分別用中、英文對譯；穿插師生互動環(huán)節(jié)，課堂提問，鼓勵學生用英語作答，營造雙語學習環(huán)境。考慮到這門課的開設，設置在第6個學期，學生經過近3年的大學英語學習，應該具備一定的英文閱讀寫作能力，可以安排一些調研性內容，以報告或小論文的形式體現。對于個章節(jié)中專業(yè)詞匯和專業(yè)術語，提前發(fā)放給學生自學，以減輕課堂負擔。根據循序漸進的原則，講解的時間逐漸縮短，點到為止，啟發(fā)式教學。另外，還可以穿插一些最新的研究動態(tài)，使學生對知識的應用以及科學前沿有所了解，提高學習興趣，樹立科技知識不斷更新進步的理念。

2.2 學生講授課程的探索

在吃透半導體材料與器件這門課的基礎上，精煉教學內容，簡化PPT課件，在保證不減少知識點的以及課程進度的前提下，適當添加一些學生講授課程的比例，激發(fā)學生內在的學習潛能，培養(yǎng)其知識獲取、內化、表達的能力，內容以課本知識點為主，形式上可以多樣化，如分組討論、隨機抽查、即興演講等；給學生表現自己才能的機會，營造口語表達的環(huán)境，解決“開口難”的難題。條件許可的情況下，邀請外籍老師來聽課、指導工作?？紤]到學生之間的差異，針對英語基礎較差和化學背景比較薄弱的同學，可以單獨進行輔導，開開“小灶”，做到因材施教。

3 考核方式的探索

加大平時分所占的比例?，F有的考核方式為（30%）平時分 + （70%）期末考試卷面分數，這不利于公平評價學生雙語課的成績，因為聽、說能力沒有得到體現。既然這樣，就應該在平時的表現中體現出來，如，可以將平時分提高到40%，甚至50%，將學生平時在課堂上的聽、說、讀、寫等表現情況也納入平時分的考核中來，在雙語課程考核中，增加這么一條；當然，平時分還應包括出勤率、課堂表現、習題作業(yè)完成情況等，一并納入到平時分的考核中來，這樣的考核方式應該更客觀、有效。對于平時的習題，任課老師要做到及時評閱，及時發(fā)現問題，對錯誤之處要進行評述，習題必須用英語表述，包括老師對習題的評閱，也必須用英語，錯誤之處要用英語糾正，起到示范作用。

4 考試題型多樣化，增加贈分題

考試題型多樣化，除了常見的五大題型，即選擇題、填空題、名詞解釋、簡答題、論述題，可以試探性的增加贈分題。贈分題應該是一些難度較大的綜合題，以激勵那些優(yōu)秀的學生深入學習科技知識、施展才藝，同時拉開不同層次學生之間的距離，體現層次，進一步充分做到優(yōu)生優(yōu)培，因材施教。

5 結論

雙語課的教學是一項巨大而漫長的人才培養(yǎng)工程，要遵循漸進的原則。本文就《半導體材料與器件》這門課的雙語教學過程中出現的問題做出了討論，試探性的提出了新的雙語教學模式、優(yōu)質課程建設以及評價方式的變革，以便更好地為社會需求培養(yǎng)高素質人才。

【參考文獻】

篇(3)

【關鍵詞】高電子遷移率晶體管（HEMT）；閾值電壓；氧等離子體處理；跨導

1.引言

寬禁帶半導體材料氮化稼（GaN），以其良好的物理化學特性、電學特性成為目前研究最多的半導體材料，它是繼第一代半導體材料硅（Si）和第二代半導體材料砷化嫁（GaAs）、磷化嫁（GaP）、磷化錮（InP）等之后迅速發(fā)展起來的第三代半導體材料。與目前大多數的半導體材料相比，GaN半導體材料具有一系列優(yōu)異的物理和化學性質，有禁帶寬度大，電子飽和漂移速度大，熱導率高，熱穩(wěn)定性好等特點，已成為當前高科技領域的研究重點。自從1991年首次報道以來，雖然AlGaN/GaN HEMT的器件性能一直在不斷提高，但是要真正實現實用化，應用于集成電路中，仍有許多需要解決的問題，如如何更好更簡單的調節(jié)器件閾值電壓、提高器件的導通電流就是其中之一。

本實驗提出了一種簡單方便的降低器件閾值電壓、提高器件導通電流的柵表面處理方法。通過氧等離子體對HEMT器件AlGaN表面進行氧化處理，提高了器件肖特基勢壘，降低了器件閾值電壓。同時氧等離子體處理的表面不會引入新的絕緣膜而影響器件特性。

圖1 AlGaN/GaN異質結示意圖

圖2 柵金屬形成后器件圖

（AlGaN周圍淺綠色為柵金屬8nm Au）

2.結構與工藝

HEMT的基本結構就是一個調制摻雜異質結，如圖1所示，AlGaN/GaN HEMT器件的AlGaN和GaN界面處會形成一個2DEG的表面通道，此2DEG受控于柵極電壓。零偏時，GaN的導帶邊緣低于費米能級，表明存在大密度2DEG；在柵極加負電壓時，GaN的導帶邊緣會逐漸上升，2DEG的密度減少，當負電壓達到一定值后，GaN的導帶邊緣會高于費米能級，這就意味著2DEG被耗盡，HEMT的溝道中電流幾乎為零，將這一電壓稱為閾值電壓。

本實驗采用的外延材料是用金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）的方法生長在藍寶石（0001）襯底上的AlGaN/GaN異質結結構，由西安電子科技大學微電子所提供。AlGaN/GaN異質結結構材料如圖1所示，由上到下依次是：約2nm厚的GaN蓋帽層、20nm厚的非故意摻雜的Al0.25Ga0.75N勢壘層、1nm厚的AlN插入層、1.5um厚的非故意摻雜的GaN緩沖層，最后是低溫生長的約200nm的AlN緩沖層，室溫霍爾測試測得的二維電子氣濃度為0.77×1013cm-2。

AlGaN/GaN HEMT研制一般主要分以下三步工藝：

（1）隔離島形成，ICP刻蝕；

（2）歐姆接觸形成，電子束蒸發(fā)Ti/Al/Ni/Au金屬；

（3）金屬柵形成，電子束蒸發(fā)Ni/Au金屬。

本文主要是在第三步金屬柵工藝前對AlGaN表面進行一次不同條件的氧等離子體Plasma處理。為了對比不同條件下氧Plasma對器件性能的影響，將HEMT器件分成A、B兩組。具體工藝如下：

先依次對A、B兩組樣品進行柵表面處理，使用M4L干法去膠機處理樣品以去除底膠，功率為200W，時間90s，之后使用HCl（1：10）水溶液清洗90s以去除氧化層。

再分別對2部分樣品進行處理：A部分不做任何處理，直接淀積柵金屬進行測試；B部分采用O2 plasma在200W功率條件下處理5min，然后再淀積柵金屬介質層，所用設備均為M4L干法去膠機。

完成上面對AlGaN表面的處理后，電子束蒸發(fā)厚度為8nm的Au，然后丙酮浸泡處理10min，剝離工藝形成長金屬柵，最后乙醇清洗5min，去離子水沖洗10遍。柵金屬形成后的樣品如圖2所示。使用設備PM8屏蔽探針臺和HP4145B半導體測試儀對器件進行測試及分析。

3.結果與討論

圖3所示為AlGaN表面未進行氧Plasma處理的樣品A和經過5min氧Plasma處理的樣品B分別所對應的輸出曲線，測試條件為Vds從0V掃描到15V，步長為0.5V，Vgs從-7V掃描到2V，步長為1V。從圖3中可以看出，未進行氧Plasma處理的樣品A在Vgs=2V，Vds=10V時的飽和電流約為0.0687A/mm=68.7mA/mm，經過5min氧Plasma處理后的樣品B在Vgs=2V，Vds=10V時的飽和電流上升為0.0747A/mm=74.7mA/mm。這一結果表明經過5min氧Plasma處理后的器件表面并未受到損傷，而是提高了器件的飽和電流。

圖4所示為A、B兩種樣品的轉移、跨導曲線，測試條件為Vds偏置在5V，Vgs從-7V掃描到2V，步長為0.1V。未進行氧Plasma處理的樣品A的最大跨導在Vgs=-1V處，為0.00871S/mm=8.71mS/mm，漏電流為0.027288A/mm=27.288mA/mm，經過5min氧Plasma處理后的樣品B的最大跨導出現在約Vgs=-1.5V處，負向偏移了約0.5V，最大跨導為0.00948S/mm=9.48mS/mm，漏電流為0.029165A/mm=29.165mA/mm，均比氧Plasma處理前有所提高。這一結果表明氧Plasma處理后提高了器件的最大跨導，提高了器件性能。

由HEMT器件飽和區(qū)電流公式：

及HEMT器件跨導公式：

可知器件飽和電流及跨導均與閾值電壓有較大關聯，目前閾值電壓的提取方法有很多，包括恒定電流法、線性區(qū)外推法、跨導外延法、二次求導法、比率法、積分法、飽和區(qū)提取法等，本文采用飽和區(qū)提取法。

由飽和區(qū)電流公式推出：

即當器件工作在飽和區(qū)時，與成線性關系，當為0時，此時的柵偏置即近似于閾值電壓。圖5是圖4中的轉移曲線開方后所得到的曲線，圖中實線標注部分為擬合區(qū)間，其中圖5a為未經過氧Plasma處理的樣品A的～曲線，其一階擬合方程為y=-0.19527+0.0293x，在軸上的截距約為-6.66，所以其閾值電壓約為-6.66V；圖5b為經過5min氧Plasma處理的樣品B，其一階擬合方程為y=-0.21411+0.02943x，在軸上的截距約為-7.27，所以其閾值電壓約為-7.27V。結果表明經過氧Plasma處理后，HEMT器件閾值電壓發(fā)生了負移，由于閾值電壓的減小，提高了器件的飽和區(qū)電流、跨導，實驗與理論值相符。

對于氧Plasma處理AlGaN表面可以降低HEMT器件閾值電壓的原因可能是器件表面形成了一層氧化膜，即AlGaN與O2發(fā)生了反應，反應方程為：

相當于器件表面多了一層薄Al2O3絕緣層[6]，然后再淀積柵金屬8nm Au，Al2O3禁帶寬度大，如圖6所示：

圖6 Al2O3和Al0.3Ga0.7N的能帶圖

由于在AlGaN與柵金屬Au之間多了一層薄Al2O3層，相當于降低了Au與AlGaN之間的肖特基勢壘高度，根據閾值電壓公式：

其中為肖特基勢壘高度，即經過氧Plasma處理后的樣品的降低了，減小。從而提高了器件的飽和導通電流，提高了器件的電學特性。

4.結論

本文研究了一種簡單的提高HEMT器件電學性能的工藝方法，通過對HEMT中AlGaN表面進行適當條件的氧Plasma處理，可以有效降低器件閾值電壓，提高器件飽和區(qū)電流，從未處理前的68.7mA/mm上升至74.7mA/mm，同時也提高了器件最大跨導，從未處理前的8.71mS/mm上升至9.48mS/mm。因此該方法可有效的應用于高性能GaN HEMT器件的制備應用中。

參考文獻

[1]唐廣，郝智彪，錢可元，等.氧氣等離子體處理對AlGaN肖特基接觸的影響[J].功能材料與器件學報，2004（12）， 10，4.

[2]任春江，陳堂勝，焦剛，等.SiN鈍化前的NF3等離子體處理對AlGaN/GaN HEMT性能的影響[J].半導體學報.2008（12），29，12.

[3]薛偉，李加東，謝杰，等.高靈敏度AlGaN/GaN HEMT生物傳感器設計及制作[J].微納電子技術.

篇(4)

關鍵詞：保溫控制；TEC；DS18b20；多通道

中圖分類號：V443文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

在現代，CCD相機在多領域被廣泛應用，成為人類獲取信息的主要工具之一。做為一種半導體集成器件，CCD相機對環(huán)境溫度變化非常敏感，環(huán)境溫度過高，引起光學和機械誤差將導致相機的視軸漂移和光學系統(tǒng)的波前畸變，造成影像模糊，嚴重破壞成像質量，而環(huán)境溫度過低直接會導致CCD相機不能工作。這就限制了其在一些溫度環(huán)境相對惡劣條件下的使用 。如產品環(huán)境模擬試驗，環(huán)境溫度低溫達到-40℃，高溫要60℃，這就要求CCD相機應具有較寬的工作溫度適應能力，通常有兩種方法，一是采用制造工藝，生產寬溫器件，二是采用保溫措施保證CCD器件的工作環(huán)境溫度，因后者的成本較前者低，被廣泛采用。據此文中設計了多通道CCD保溫儀，采用DS18b20為溫度傳感器和TEC半導體為制冷制熱器件，STC89c52為中心控制器件，可實現-50℃～+70℃較惡劣環(huán)境溫度下CCD相機正常過工作條件。

1系統(tǒng)總體結構

本次設計的測溫系統(tǒng)不僅要求能夠實現多通道同時測溫，而且測溫精度較高，圖1是保溫儀的系統(tǒng)硬件設計的總體框架。

1.1單片機控制系統(tǒng)

整個系統(tǒng)由STC89C52進行集中控制和管理。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 。

1.2單總線測溫系統(tǒng)

DS18b20是由美國DALLAS公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，可以直接將溫度轉化成串行數字信號供處理器處理 。

DS18b20獨特的單線接口方式，它與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18b20的雙向通信，并且支持多點組網功能，多個DS18b20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫，在使用中不需要任何元件，全部傳感器及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內，測量溫度范圍為-55℃―+125℃，可編程分辨率為9―12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃，在-10℃―+85℃時精度為±0.5℃ 。

1.3 驅動系統(tǒng)

驅動系統(tǒng)主要是控制保溫儀的加熱、制冷，以及散熱。通常制冷有風冷、水冷、壓縮機制冷、TEC制冷等幾種方式 。本系統(tǒng)采用TEC加熱/制冷，TEC是利用半導體的熱―電效應制取冷量的器件，又稱熱―電制冷片 。利用半導體材料的帕爾貼效應，當直流電通過兩種不同半導體材料串聯成的電偶時，在電偶兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，實現制冷的目的 。本系統(tǒng)采用TEC1-12706。系統(tǒng)采用了6片制冷片，同時控制六個保溫儀，輸入電壓選用12V，總的制冷功率達到 330W。為了保證TEC加熱制冷功率，會在TEC的一面加上散熱組件（風扇和散熱片）。

驅動系統(tǒng)電路如圖4（a）所示，由單刀雙擲繼電器、PNP8550、IN4007以及 兩端接的TEC組成，通過三極管 、 的導通和截止來控制繼電器的吸合與斷開，從而使TEC兩端導通，對系統(tǒng)進行加熱或是制冷。繼電器兩端反接的二極管IN4007為消耗二極管，用來消耗反向電動勢。

1.4 LCD顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)采用128×64 的 LCD 顯示器。5V電壓驅動，帶背光，液晶顯示模塊是 128×64 點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置國標 GB2312碼簡體中文字庫（16×16 點陣）、128 個字符（8×16 點陣）及 64×256 點陣顯示 RAM（GDRAM）。與 CPU 直接接口，提供兩種接口來連接微處理機：8位并行及串行兩種連接方式 。 本系統(tǒng)采用并行鏈接方式。圖5是其和單片機的接口。

2 系統(tǒng)軟件設計

軟件設計是保溫儀的重要組成部分，軟件流程圖如圖6所示。

上電以后，單片機首先對其進行初始化設置，設置與繼電器連接的個引腳輸出低電平，繼電器斷開，制冷組件停止工作，然后初始化12864，初始化DS18b20溫度傳感器，開始測溫，需要注意的是由于系統(tǒng)是多通道DS18b20同時測溫，所以需要先將DS18b20溫度傳感器的序列號讀取出來，然后在測溫時通過匹配序列號判斷所讀取的是哪個保溫儀的溫度，最后將各保溫儀的溫度與設定值相比較，如果不在設定溫度范圍內則調用溫控子程序。根據實驗需要，在最開始將系統(tǒng)的溫度值設定為高溫25℃，低溫20℃，也可以根據實驗環(huán)境需要，設定溫度警報值，當某個保溫儀內溫度超出警報溫度范圍，則調用報警程序，并盡快將系統(tǒng)關閉，以免將其他器件燒毀。

3 應用試驗

應用在高低溫環(huán)境下對瞄準鏡進行可靠性試驗，，需要CCD相機進行圖像采集，試驗溫度要求在-50℃～60℃。圖9（a）為高低溫箱內部結構圖，將CCD相機及保溫儀系統(tǒng)放到放在高低溫箱內部，高低溫箱負責給實驗提供溫度條件。（b）保溫儀實物圖。

℃

高低溫箱溫度 1號保溫箱內溫度 2號保溫箱內溫度 3號保溫箱內溫度 4號保溫箱內溫度

-50℃ 19.8℃ 19.6℃ 19.4℃ 19.6℃

-40℃ 19.9℃ 19.7℃ 19.6℃ 19.4℃

0℃ 21.3℃ 22.1℃ 21.4℃ 21.7℃

40℃ 23.2℃ 24.1℃ 23.8℃ 24.0℃

50℃ 24.9℃ 25.1℃ 24.8℃ 25.0℃

保溫儀是為確保在一些極端溫度下實驗可以正常進行，所以系統(tǒng)采用的測溫精度為0.1，由測量結果可以看出在高溫和低溫情況下保溫儀內溫度合理的控制在了CCD相機的工作溫度范圍呢，且四通道恒保溫儀溫度一致性比較好，溫度波動性小與±1℃，滿足了設計要求。

5結論

采用DS18b20為溫度傳感器的多通道TEC保溫儀，電路簡單，不易干擾，不僅為高低溫下進行的CCD圖像采集實驗提供了溫度保障，并且也可以應用與其他極端溫度下的實驗，為工作溫度范圍較窄的電子器件提供溫度保障，保證了個電子器件在高溫或是低溫下正常工作，不影響實驗結構，并且生產簡單，操作簡單，適合與多種實驗與生產中。

參考文獻

[1]黃誼.基于工業(yè)CCD相機圖像處理和數據管理系統(tǒng)的設計[D]碩士學位論文.山西：中北大學.2013

[2]郭天祥.51單片機C語言教程―入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社.2009：2-16.342-349.147-167

[3]呂建波.基于單總線數字溫度傳感器DS18B20的測溫系統(tǒng)設計[J].現代電子技術.2012（10）：1-3.

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關鍵詞：InP；HEMT；流體力學模型；特性仿真

1 前言

InP基高電子遷移率晶體管（HEMT），相比與于傳統(tǒng)的晶體管器件，以其獨特的高遷移率、低噪聲、高增益特性，在國防航天、毫米波通信、衛(wèi)星遙感以及雷達等軍民用領域，擁有非常廣闊的應用前景[3，4]。本文通過模擬仿真研究 InP基 HEMT 器件的基本特性，包括直流特性，交流特性等，對器件的工藝設計有著重要的意義。目前，國內外對 InP 基 HEMT 進行了制備上的大量研究，但是對器件模型以及仿真平臺的研究還有大量的工作，以及其他技術和基礎科學上的研究有待進一步進行。

本文的工程中，采用 Sentaurus TCAD 半導體器件模擬仿真軟件，針對 InP 基HEMT 建立流體力學模型的模擬仿真平臺，通過觀察分析仿真的結果，為化合物半導體器件的進一步研究提供了理論支持。

2 InP 基 HEMT 仿真模型分析

半導體器件在仿真的時候使用的物理模型包括傳統(tǒng)的蒙特卡羅模型、傳統(tǒng)的漂移擴散模型和適合深亞微米器件的流體力學模型。出于計算效率的原因，本文主要使用了流體力學模型模擬仿真了 InP 基 HEMT 的轉移特性、輸出特性和頻率特性。并對其進行了分析研究。

3 In P基HEMT器件仿真特性研究

用Sentaurus TCAD 軟件進行InP基InGaAs/InAlAs 材料HEMT 器件的仿真，主要研究分析了其直流特性和交流特性，結果顯示該模型能夠很好的對目標器件進行特性上的仿真。

本論文所建工程中，器件上層為高摻雜帽層，以減小接觸電阻。中間為T型柵，其次為12nm厚InAlAs厚勢壘層，再加上Si材料delt 摻雜層，提供溝道層的二維電子氣。下面是 3nm 厚 In Al As 材料的隔離層。溝道層材料為InGaAs材料，厚度為15nm。下層為緩沖層和InP材料襯底。

3.1 直流特性分析

圖2和圖3分別表示不同柵槽深度器件的轉移特性，跨導，和輸出特性。從仿真結果中可以看出，柵槽越深，閾值電壓越大，而跨導值也會變大，輸出特性的值會減小。因此，柵槽深度對器件直流特性的影響相當重要，要得到較好的器件特性，應綜合考慮柵槽深度對各種參數的影響，從而在器件的實際制作中結合工藝制作相應的尺寸。

不同柵槽寬度對器件特性的影響可由圖 4 和圖5 顯示。根據仿真過程發(fā)現，柵槽寬度對器件的轉移特性和跨導有很大影響。沒有合適的柵槽寬度，會得到很不理想的特性曲線。經過不斷的嘗試，最終得到合適的柵槽寬度。由仿真結果可發(fā)現，柵槽寬度對輸出特性的影響并沒有跨導那么大。仿真結果符合實際。在實際柵槽腐蝕中，柵槽寬度很難控制，往往材料在橫向上是相同的，腐蝕液很容易擴散，因此實際的腐蝕寬度很難把握，而縱向是異種材料，通過選擇腐蝕比較容易控制柵槽的縱向深度。

如圖6 所示，柵極勢壘值對轉移特性和跨導的影響僅限于增大減小閾值電壓，對跨導的大小并沒有影響。從圖7可以看出，對于輸出特性，不同勢壘值影響了其輸出值的大小，隨著Vd的增大，曲線先增大后趨于穩(wěn)定。從器件結構可知，勢壘的不同使柵極電壓對二維電子氣的濃度的影響有所變化，因此導致了輸出Id的不同。

3.2 交流特性分析

結合實際工藝中的柵槽腐蝕，定義了不同柵槽深度，主要仿真了不同柵槽深度下的fmax和fT，分析了柵槽深度對器件交流特性的影響。

HEMT交流特性中，我們主要關注器件的頻率特性，其中最重要的兩個指標分別為截止頻率fT以及最高振蕩頻率fmax，截止頻率指的是漏極電流的增益h21下降為1時的頻率。最高振蕩頻率fmax時的是晶體管的單向化功率增益為1時的器件工作頻率，也是器件所能進行功率放大作用的最高工作頻率[5]。

從圖8和圖9仿真結果可以看出，深槽深度在3nm時的fmax和ft均大于1nm和5nm時，即表明，柵槽深度在一個合適值的時候，fmax和ft才會達到最大值，而且柵槽深度不應該過小，也不應該過大，應處于一個合適的區(qū)間。這一仿真結果對實際器件研發(fā)有直到性的意義，應綜合分析器件各特性，尋找最合適的柵槽深度。據調研，目前數字腐g這一方法可以精確刻蝕柵槽深度，因此對制造理想柵槽深度的器件很有意義。

4 結論

從仿真結果來看，所建立的InP基HEMT器件模型具有良好的半導體器件特性，適用于高頻電路。但仍需不斷優(yōu)化改良，后續(xù)的工作可進一步放在 HEMT的柵槽。應進一步完善柵槽腐蝕的工藝，確保柵槽腐蝕更為精確，以免與實際要求差異太大而影響器件的應用。在仿真工作中，所模擬的摻雜情況與實際器件可能有一定差異，為更精確的模擬器件，還應該進一步研究所建立的器件模型中的摻雜分布情況，并完善SDE中的模型。

參考文獻

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[2]高勇.半導體材料科學中的漂移擴散模型和流體動力學模型分析[D].河南大學，2004.

篇(6)

關鍵詞：電子材料；工藝學；實驗研究；本科教學.

【中圖分類號】G642

本論文受濟南大學教學研究項目（JZC12002）支持。

一、前言

電子材料是材料科學與電子科學與技術、半導體材料和新能源材料相融合的交叉邊緣學科，其課程體系設計的背景是基于電子和微電子器件、光電子器件以及新能源器件產業(yè)的現實功能需求和未來巨大發(fā)展?jié)摿1]。隨著電子科學技術的飛速發(fā)展，對電子工藝學業(yè)提出了越來越高的要求，人們在實踐中不斷探索新的工藝方法，尋找新的工藝材料，使電子工藝學的內涵及外延迅速擴展。可以說，電子工藝學是一門充滿蓬勃生機的技術學科。電子工藝技術雖然在生產實踐中一直被廣泛應用，但作為一門學科而被系統(tǒng)研究的時間卻不長。系統(tǒng)論述電子工藝的書刊資料不多?；谀壳皣鴥韧怆娮硬牧瞎に嚰夹g為背景，本學院在拓展本科教學專業(yè)方面，設置《電子材料工藝學》作為一門重要的課程之一，本教學團隊擬開展一系列針對該工藝學的一系列課程實驗。該實驗一方面要求學生通過實驗，使學生深入理解傳統(tǒng)電子材料工藝在材料性能中的作用。另一方面，結合目前半導體與微電子應用領域制造工藝，讓同學們熟悉先進的電子材料工藝，掌握關鍵實驗參數?！峨娮硬牧瞎に噷W》匹配系列環(huán)節(jié)實驗，有助于完善新版電子材料專業(yè)方向實驗的教學文件，初步建設科學合理的實驗體系，通過加強教學實踐過程中教學與實驗信息的互相反饋，為科學合理的培養(yǎng)目標電子材料專業(yè)方向專業(yè)人才奠定基礎。

二、《電子材料工藝學》課程匹配實驗設置

在該《電子材料工藝學》課程內容設置中，通過對電子信息產業(yè)各領域的介紹，讓學生初步了解各類電子材料的基本概念，掌握電子陶瓷材料的界定和分類，初步掌握典型電子陶瓷的組成、制備工藝、性能，同時了解電子薄膜材料與納米晶體的應用和相關工藝。在內容上為了突出材料性能在器件中的應用和熟悉電子材料專業(yè)方向的材料結構和工藝內容，額外增加了半導體、微電子、光電子和能源電子方面的知識內容。同時，為了更好地讓同學們認識電子材料工藝過程，擬在該課程中設置系列匹配實驗，讓同學們更好掌握本門課程?；凇峨娮硬牧瞎に噷W》課程內容擬增設如下配套實驗，以保證教學效果。在電子陶瓷成型工藝實驗方面，側重突出陶瓷原料球磨、混料、煅燒、二次球磨、造粒、成型、燒結等重要工藝環(huán)節(jié)的工藝；重點掌握球磨時間、混料時間、成型壓力、燒結溫度及保溫時間等關鍵參數影響情況；通過相關實驗，讓學生能夠更好更全面的掌握所學知識。

1.在薄膜制備工藝實驗上，考慮到氣相法制備薄膜工藝需要昂貴的實驗設備，而液相法成本相對較低。因此在實驗中，首選以溶膠凝膠工藝為基礎的液相薄膜制備工藝。溶膠凝膠（Sol-gel）法是制備材料方法中新興起的一種濕化學方法。它的基本原理是：以金屬醇鹽或其它金屬無機鹽的溶液作為前軀體溶液，在低溫下通過溶液中的水解、聚合等化學反應，首先生成均一穩(wěn)定的溶膠；然后根據溶膠凝膠制備薄膜工藝的原理，可分為以下幾個過程：1溶膠在基片旋涂形成濕膜；2基片烘干形成干膜；3基片快速熱處理形成薄膜結晶相；4薄膜表征。設計該實驗可以讓同學們重點掌握上述幾個工藝環(huán)節(jié)的工藝參數，熟悉陶瓷薄膜制備液相工藝。

2.在納米粉體制備實驗上，側重突出利用濕化學工藝制備納米粉體工藝。液相反應法作為一種制備超細粉體的方法成為各國材料科學家研究的熱點。常用的液相反應法有共沉淀法、水解法、溶膠凝膠法、微乳液反應法等。實驗設計上，重點以溶膠凝膠工藝作為主要內容，首先生成溶膠，進而生成具有一定空間結構的凝膠，然后經過熱處理或減壓干燥，在較低溫度下制備出各種無機材料或復合材料的方法。可見根據溶膠凝膠法的原理，可將溶膠-凝膠法分為以下幾個過程：1溶膠制備過程；2凝膠形成過程；3陳化過程；4干燥過程；5熱處理過程。實驗設計上從前驅體溶液的制備到后續(xù)納米粉體煅燒與表征形成一系列標準工藝，讓同學們有深刻了解并掌握相關工藝參數。

3.基于光刻工藝的應用背景而言，在開設《電子材料工藝學》課程過程中，設計半導體制造工藝中光刻實驗對于同學們掌握課程知識有很大幫助，同樣也利于后續(xù)就業(yè)。以介質陶瓷單層電容（SLC）的制備為例，整個實驗過程包括：1MN陶瓷基片準備；2設計掩模板；3陶瓷基片勻膠及烘干；4曝光顯影及后烘；5陶瓷基片蒸電極；6lift-off工藝，剝離電極；7切割與性能測試。通過上述工藝過程，可以繼續(xù)采用劃片機根據SLC電容的分布，沿著分割線進行線切割，形成單個的電容或電容陣列；利用探針臺與測試儀器配套搭建測試系統(tǒng)，進行電學性能測試，進行評估。

三、結論

基于上述考慮，《電子材料工藝學》課程實驗設置一方面可以培養(yǎng)學生掌握電子材料工藝操作的基本技能，充分理解工藝工作在材料制造過程中的重要地位，從更高的層面了解現代化電子材料工藝的全過程，了解目前我國電子材料工藝中最先進的技術和設備。另一方面掌握電子材料制備工藝；借助于相關工藝實驗有助于同學們掌握相關行業(yè)背景知識，熟悉材料工藝過程，使學生成為將來掌握相應工藝技能和工藝技術管理知識、能指導電子產品現場工藝、能解決實際技術問題的專業(yè)技術骨干奠定基礎。

參考文獻

篇(7)

【關鍵詞】光催化；鉍氧鹵；水熱法；溶劑熱法；改性

前言

光催化技術由于具有低能耗，操作簡便而顯出其優(yōu)越性，被廣泛用于能源和環(huán)境科學中。為了高效地利用太陽光，人們已經合成了各種不同的半導體光催化材料。研究發(fā)現許多Bi基化合物都具有光催化性能，Bi基化合物中最有代表性的是鹵氧化鉍（BiOX）系列化合物，鹵氧化鉍BiOX作為一種新型光催化劑[1],具有特殊的層狀結構和合適的禁帶寬度,從而顯示出其優(yōu)異的光催化性能。BiOCl、BiOBr和BiOI的禁帶寬度分別為3.22 eV, 2.64 eV和1.77 eV，因此BiOCl在紫外光下響應，而BiOBr和BiOI在可見光下響應。下面我們將對BiOX的制備、改性以及應用進展進行綜述。

1.制備方法

制備微納米鹵氧化鉍的方法主要有水熱法、溶劑熱法、高壓噴濺沉積法、微乳液法、超聲法、化學氣相法、溶膠凝膠法。其中，水熱法和溶劑熱法是文獻中常見的BiOX化合物合成方法。

王云燕[2]等用硝酸鉍轉化水解法制了BiOCl粉末，得到的顆粒大小一般在幾百個納米到幾個微米之間。Xia[3]等以乙二醇為助劑，在離子液體存在的環(huán)境下，溶劑熱法合成了空心球狀BiOI。Zhang[4]等用微波輔助溶劑熱法合成微球狀BiOBr。J. Henle等[5]用反相微乳法合成BiOX(X=C1，Br，I)納米粒，Wang[6]等用靜電紡絲技術制備出BiOCl和Bi2O3納米纖維，Lei等[7]用聲化學合成BiOCI二維納米盤和三維層狀結構，Peng等[8]用低溫化學氣相法合成單晶BiOCl納米結構。

2.改性方法

為進一步提高BiOX的催化性能，大量的研究實驗圍繞著對其進行改性展開。

通過添加表面活性劑，在有機溶劑體系中反應，可以得到不同形貌的催化劑。Xiong[9]等用乙二醇和二甘醇制備了方形的BiOCl納米片。Kun Zhang[10]等采用檸檬酸誘導合成了BiOCl超微晶，其形態(tài)從單晶到多晶都有，并且具有鳥巢的形態(tài)和凹形的結構。張禮知[11]通過晶面控制制備了BiOCl光催化劑，主要暴露了{001}和{010}晶面，在紫外光照下降解MO，{001}晶面明顯優(yōu)于{010}，而在可見光下，{001}反而不如{010}。

貴金屬沉積主要是把Ag，Au，Pt等沉積在催化劑表面，利用貴金屬的等離子共振效應，提高催化性能。Zhu[12]等把Ag沉積到BiOI表面制成了Ag/BiOI催化劑，在可見光下，Ag/BiOI光催化殺滅大腸桿菌和去除重金屬離子Cr比單一的BiOI活性高。Dong[13]等制備了花層狀中孔BiOI/BiOCl復合催化劑，該催化劑能夠降解室內有害有毒氣體NO。Zhang[14]等合成了WO3/BiOCl異質結，其在可見光下，降解羅丹明B的性能比單一的BiOCl、WO3都要好。Su[15]等把BiOI和多壁碳納米管(MWCNT)復合，明顯改善了BiOI的催化性能。

3.光催化應用進展

目前為止，BiOX及改性BiOX半導體材料主要用于有機污染物、有害氣體、重金屬離子及細菌光催化降解，光解水以及太陽能電池等。Li[41]等制得的BiOCl/BiOI異質結，可見光下有效地降解甲基橙和羅丹明B染料；Zhu[36]等制成的Ag/BiOI催化劑可見光下殺滅大腸桿菌和去除重金屬離子Cr；Dong[38]等制備的BiOI/BiOCl復合物，降解室內有害有毒氣體NO。

致謝：

本論文得到中國博士后自然基金（20110491387）和江蘇省高校自然基金（16211101）資助，特此致謝！

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