一、C-V Characterization in MOS Structure Inversion Layer Including Quantum Mechanical Effects（论文文献综述）
曲畅[1]（2021）在《高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性研究》文中研究表明随着理论研究和制备工艺的发展,高功率半导体激光器（High-power Semiconductor Laser Diodes,简称为HP-LDs）以其转换效率高、体积小、重量轻、能直接调制及易与其他半导体器件集成等特点,在军事、工业加工、激光医疗、光通信、光存储等领域中得到广泛应用。近年来,随着高功率半导体激光器输出光功率的日益提高,新的有源材料不断涌现,应用领域日渐扩大,人们对其可靠性提出更高要求,这使得利用低频噪声作为高功率半导体激光器可靠性评估的方法因其便捷、无损、快速等优点备受关注。不仅如此,低频噪声作为一种普遍存在于高功率半导体激光器中的物理现象,是其内部载流子微观运动的外在表现,将内在现象和外在表现建立其联系,势必能够更好地反映其微观性质以促进HP-LDs在材料生长、芯片制备等技术的发展。然而,HP-LDs的低频噪声（主要是1/f噪声）的噪声模型仍不完善,并且相较于其他常规半导体器件,HP-LDs中存在其特有的低频1/f光噪声,同时其低频噪声现象和机制也更为复杂,蕴含着更多导致HP-LDs退化和失效以及能够指导其可靠性管理等有用信息。为了利用HP-LDs的低频噪声实现无损地表征其可靠性和器件质量的筛选,本文以高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性展开研究。从理论建模、模拟仿真、实验测试相结合的方法开展了HP-LDs噪声产生机理及特性、小注入下HP-LDs1/f噪声模型及产生机理分析、激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型以及与光子数涨落之间的量子相关性、以及HP-LDs低频噪声表征特性这四部分内容的研究。本文主要研究内容和研究成果概括如下:1.双异质结HP-LDs的1/f噪声产生机理与特性研究。以经典的朗之万（Langevin）方程为基础,展开了单异质结HP-LDs和双异质结HP-LDs中少数载流子输运机制以及其漂移过程的分析,探讨了与HP-LDs结电流噪声有关的两种机制,即少数载流子热涨落和产生-复合噪声,建立了单异质结和双异质结HP-LDs噪声等效电路模型。在此基础上,引入寄生参量和有源区参量等性能影响因素,建立了双异质结HP-LDs等效电路模型,并推导出了由接触电阻、封装引线电阻等的涨落引起的1/f噪声模型,对比了理论模型与实验结果,验证了模型的正确性并进一步分析讨论了双异质结HPLDs 1/f噪声特性及产生机理。2.小注入条件下HP-LDs 1/f噪声模型及产生机理研究。在小注入条件下,基于HP-LDs以表面复合为主要输运机制,考虑载流子简并、高能级注入以及非辐射复合等因素,理论推导了小注入下HP-LDs 1/f噪声模型,得到了小注入下其1/f噪声的形成与由缺陷、杂质、位错等因素引起的非辐射复合电流具有相似机制。利用电致发光表示非辐射电流,研究了小注入下HP-LDs在老化试验过程中表面状态、1/f噪声特性以及如P-V和I-V等电特性的变化,验证了1/f噪声能够用来表征HP-LDs表面稳定性的有效性,并为HP-LDs表面质量评估提供一定依据。3.激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型以及与光子数涨落的量子相关性。基于量子化的朗之万（Langevin）方程,建立了HP-LDs结电压1/f涨落理论模型,并探讨了其物理机制。基于激光理论中受激辐射和自发辐射等经典的量子力学过程,证明了电流驱动的HP-LDs可以抑制泵浦噪声、并在腔宽以下的频率区域产生相位最小不确定态,获得了HP-LDs产生的接近粒子数-相位最小不确定态（即振幅压缩态）,由于其泵浦噪声被抑制,且具有很高的量子效率,降低了振幅噪声。理论预测了激光状态下HP-LDs来自外场的光子数涨落与结电压1/f涨落之间量子相关性的存在,并对比了二者之间的互相关系数的理论预测值和实验结果,实验结果与理论预测具有较好的一致性,验证了理论预测的正确性。4.高功率半导体激光器低频噪声表征特性研究。提出了一种用于808 nm HP-LDs可靠性表征的低频光、电噪声相关性方法,实验验证了低频光、电噪声相关性作为一种可靠性评估工具的可行性和有效性;针对传统加速老化试验对器件具有破坏性以及利用单一初测噪声作为单一筛选指标筛选结果缺乏全面性等技术问题,提出了一种结合低频噪声测量和加速老化试验的垂直腔面发射激光器（VCSEL）预筛选方法,建立了VCSEL的预筛选模型,并通过实验验证了模型的正确性;探讨了基于1/f噪声的HPLDs辐射效应退化机理和辐射损伤表征,建立了引入辐照缺陷的HP-LDs 1/f噪声表征模型,讨论了辐射对HP-LDs特性等的影响。本文针对高功率半导体激光器所建立的1/f噪声模型以及所提出的表征特性方法通过仿真分析和实验结果对比,验证了其有效性,为高功率半导体激光器可靠性无损表征和质量筛选研究提供了解决方案。
唐义强[2]（2021）在《非晶HfO2/晶体STO界面场效应的实验研究》文中指出近年来各种实验表明,Ar+轰击SrTiO3会出现准二维电子气（Q2DEG）,这使得Sr TiO3从绝缘态变为半导体成为可能。传统栅氧化物在发展过程中不能满足发展需求,高K（介电常数）栅氧化物被引起重视。HfO2具备高的介电常数,与衬底接触性好的特点,它被认为是下一代栅氧化物的替代物。本文对非晶HfO2栅介质层的经时击穿（TDDB）特性研究,并评估了非晶HfO2栅介质制备的质量。重点对非晶HfO2/晶体STO场效应晶体管特性问题进行研究,其沟道为Ar+轰击Sr Ti O3晶体产生的表面导电层,栅介质层绝缘层为射频磁控溅射制备非晶HfO2薄膜,金属电极为直流磁控溅射制备的Ti/Pt电极。本文研究内容主要有以下3个方面:1、评估栅氧化层非晶HfO2薄膜质量。首先研究Pt/HfO2/Pt样品的漏电机制。在常温下,Pt/HfO2/Pt结构的样品栅极电压在0 V～1 V之间符合空间电荷限制电流（SCLC）机理,电压在1 V～2 V之间符合肖特基发射效应。然后对非晶HfO2栅介质层进行TDDB特性研究。在温度为300 K时,电压应力为3 V、4 V和5 V下研究测试样品。通过计算表明3 V、4 V、5 V应力下,特征寿命（α）分别为15 s、40 s、265 s,形状参数（β）值分别为1.21、1.28、1.31。在电场强度在0.05 MV/cm,失效率50%下,预计工作寿命为6901 h。最后对MOS结构电容器介电常数进行修正计算,实验制备的MOS电容存在接触电阻,为扣除接触电阻的影响,利用阻抗谱和德拜弛豫计算得出修正后的介电常数。在高频时,100 K、200 K、300 K拟合前比拟合后介电常数值大,其最大差值约为0.2 F/m、0.23 F/m、0.1 F/m。2、研究非晶HfO2/晶体STO场效应晶体管性能。首先研究不同温度下Ar+轰击SrTiO3导电层的输运性质。因为Ar+轰击SrTiO3晶体表面引入氧空位,多数载流子为电子,所以Ar+轰击Sr Ti O3晶体为n型导电。测试温度为4 K～300 K,随着温度的增加,载流子浓度数据在1014 cm-3～1015 cm-3之间增加;样品载流子的迁移率也降低,这导致样品的导电性增高。迁移率从4 K的1005 cm2V-1s-1降低到300K的2.5 cm2V-1s-1。然后对样品的场效特性曲线进行分析,测试温度为100 K、200K和300 K。观察样品的IDS-VDS曲线可知样品金-半接触均为欧姆接触。对样品的转移特性曲线和输出特性曲线分析表明,随着温度降低,器件的开关比从300 K的105降低到100 K的103,阈值电压飘移距离小于2 V,这是氧化物的共同特性。温度的降低,场效应迁移率也在减少,亚阈值摆幅同时也在减少,说明栅压对沟道的控制能增强。最后对样品稳定性测试,温度为100 K、200 K和300 K,测试10次后稳定,测试前后阈值漂移小于1 V。由此可见,实验制备的非晶HfO2/晶体STO场效应晶体管在同一温度下相对稳定。3、研究场效应晶体管的C-V特性。制备与非晶HfO2/晶体STO场效应晶体管相同工艺的MOS电容。在温度为100 K、200 K和300 K时,氧空位等效掺杂浓度分别为2.99×1019 cm-3、5.50×1018 cm-3、7.94×1017 cm-3。LCR测试的C-V曲线为典型的MOSFET电容器C-V曲线。不同温度,同一频率下,栅极偏压绝对值不断增加,电容值不断减小,C-V曲线的回滞窗口也呈现增加的趋势。由于VGS增加时,外加偏压会使耗尽区扩大,Ar+轰击SrTiO3形成的导电区变窄,掺杂浓度也逐渐降低。
黄成熊[3]（2021）在《基于表面势的MOSFET模型研究及其应用》文中进行了进一步梳理近年来,智能便捷的无线通信技术发展迅速,万物互联把丰富多彩的智能电子设备带入我们的生活。射频前端集成电路已经成为学术界和工业界的研究热点,而集成电路设计常常受限于半导体技术。为了适应最新通信技术和集成电路芯片设计的需求,先进半导体工艺器件物理尺寸需要不断减小,从而提高有源器件的截止频率。在各种半导体工艺中,对于相同的工艺节点,III-V族化合物工艺半导体成本相对较高,很难在民用产品中广泛使用,而硅基MOSFET因其工艺成熟、低成本、低功耗、高可靠性和高集成度等诸多优势而成为大多数射频芯片的首选。因此对该工艺器件模型的研究也得到了越来越多的关注,准确的器件模型在电路设计和半导体工艺的迭代、开发中具有无可替代的指导作用。本文基于CMOS 65 nm工艺,对晶体管模型进行了一系列的研究。本文首先通过对硅基MOSFET器件模型的发展历程和研究现状的学习,明确了模型研究的必要性和重要性,并简单介绍了MOSFET的基本物理结构和工作原理以及物理基表面势模型。接着为了得到准确的晶体管测试数据,本文基于多物理场端口耦合理论,首先对完整的嵌入测试结构进行了准确的模型表征,然后利用测试和模型计算结合的去嵌入方法对测试数据进行了去嵌入处理。在此基础上,本文考虑了寄生/耦合效应和多指分布效应对晶体管模型的影响,建立了全偏置条件下的晶体管小信号等效电路模型,并验证了该模型的准确性。然后,以全偏置小信号模型为基础,本文基于栅电荷经验模型建立了同时满足电荷守恒、高阶可导的对称非线性电容模型。经验证,该模型能准确描述晶体管的本征电容特性。另外,本文结合物理基模型的众多特性和优势,通过对表面势理论和沟道电荷分布的研究,首先推导了表面势隐函数方程,然后在漏-源电流模型中对沟道长度调制进行了非线性偏置修正;同时本文基于对晶体管沟道载流子分布特性的学习和研究,采用高斯分布函数来描述载流子的非均匀分布,并进一步提出了改进的漏电流模型。经过实际流片测试验证,本文提出的基于表面势的非线性漏-源电流模型可以将模型均方根误差在全域内降低一个数量级。最后,本文将改进的非线性电容和电流模型应用于晶体管功率仿真中,验证结果显示,该模型不仅经验参数少,而且对晶体管的输出功率,功率附加效率和增益特性表征较为准确。
康丽丽[4]（2021）在《二维铁电隧道结输运特性的第一性原理研究》文中进行了进一步梳理铁电隧道结（Ferroelectric tunnel junctions,FTJs）是由两个金属或半导体电极以及夹在中间的铁电薄层组成的一种量子输运体系。中间层铁电材料具有可以自发极化,并且在自发极化时存在两个可能的取向的特点,并且在有电场作用时,两个取向能够实现相互转变。伴随着中间铁电层极化方向的反转,铁电层产生的隧穿势垒的高度或宽度发生改变,进而导致电子隧穿能力产生很大差异。最后结果是,对于两种极化态下的铁电隧道结,一个呈现高阻态,一个呈现低阻态,这种效应叫隧穿电致电阻（tunnel electroresistance,TER）效应。铁电隧道结因为TER效应的存在可以用作非易失性储存器件的特点吸引了研究人员的广泛关注。当下研究最多的是基于具有钙钛矿结构的三维铁电薄膜用作中间隧穿势垒层而构成的三维铁电隧道结。然而这种传统铁电薄膜由于退极化效应而存在一个临界厚度问题,当薄膜的厚度小于某个临界值时,其铁电性将会消失,这使得工业上要求的器件尺寸不断小型化的要求难以得到满足。近年来,随着具有几个原子层厚度的二维铁电材料的兴起,为解决上述三维铁电隧道结中铁电薄膜的临界厚度问题带来了新的希望。因此,对二维铁电隧道（2D FTJs）结输运特性研究的重要性日益突显。几个重要的问题包括:哪些材料可以用来作为二维铁电隧道结的电极?和电极材料接触后其铁电性是否还能够继续保持?二维铁电隧道结所表现出来的TER效应水平如何?以及产生TER效应的物理机制是什么?等等。为了解答这些问题,本论文采用密度泛函理论（Density Functional theory,DFT）结合非平衡格林函数（Nonequilibrium Green’s function,NEGF）的方法系统地研究了几种不同的二维铁电隧道结输运特性以及它们产生TER效应的机制。论文的主要内容包括:1.在石墨烯/BiP二维铁电隧道结中实现巨隧穿电致电阻效应在这部分研究中,我们采用具有二维面内极化的铁电材料BiP构建了存在二维范德瓦尔斯异质结构（石墨烯/BiP）的二维铁电隧道结,然后通过在左右电极的石墨烯层分别中掺入B原子和N原子来打破左右电极的对称性,通过计算体系的输运性质,我们获得了约为623%的电致电阻比率（TER）,这与三维铁电隧道结的电致电阻比率水平是相当的。进一步的分析发现,这主要是由于左右电极显着不同的屏蔽效应以及由此导致的铁电反转前后隧穿势垒高度的重大变化导致的。我们的研究说明了二维铁电材料在铁电存储器件方面极具应用价值。2.在具有垂直面外极化的二维铁电隧道结中实现巨隧穿电致电阻效应在这部分研究中,我们利用具有垂直面外极化的二维铁电极性材料与另一种非铁电二维材料构成的范德瓦尔斯（van derWaals,vdW）垂直异质结构作为电极,单纯的二维铁电材料用作中间势垒。由于二维铁电材料的电极化导致的内建电场的存在,其两个表面所具有的功函数之间存在巨大差异,基于此,我们提出了一种产生TER效应的新机制。当二维铁电材料和另外一种二维材料构成范德瓦尔斯（vdW）垂直异质结构时,根据其与二维极性材料的哪个表面接触,将有两种界面接触。根据两种材料接触表面的相对功函数,在它们之间可能会或可能不会发生电荷转移,导致二维极性材料可能会导电或仍处于绝缘状态,从而获得两种不同的导电状态（“ON”和“OFF”）。我们通过采用石墨烯和具有垂直面外极化的二维铁电材料In2Se3来构建具有范德瓦尔斯异质结构的铁电隧道结证明了该想法的可行性。通过量子输运计算,我们得到了约为108%数量级的巨大的隧穿电致电阻（TER）比率,这为垂直面外极化的2D铁电材料用于铁电存储设备提供了一个新方法。3.石墨烯/In2Se3铁电隧道结中畴壁诱导的巨隧穿电致电阻效应目前所有利用2D FTJs实现大TER效应的方案都是基于整个铁电层在电场上的极化反转。然而理论和实验均发现,二维铁电材料中可能会存在局部区域的电偶极矩和其它区域反向,从而有铁电畴壁的存在。这为构建一类新的铁电隧道结提供了可能,即部分反转中间势垒的偶极矩是否也能导致大的TER效应。在本部分研究中,我们通过构造两种极化部分反转的2DFTJs,也就是在原本处于均匀极化状态下的FTJ中引入一个铁电畴,然后分别研究了体系处于均极化状态和存在铁电畴的状态下的的量子输运特性。通过量子输运计算,我们得到了约为2.75×104%的TER比率。进一步的电子结构分析表明,由于铁电畴的存在,会在体系中形成两个不同的畴壁（DWs）,在两个不同的DWs中会存在电荷积累或耗尽的现象。这种不对称的界面极化电荷导致了内建电场,从而影响了体系沿输运方向的有效势分布,最终导致了巨大的TER比。研究结果表明,DWs可能会极大地影响量子输运性质,为实现2D FTJs中的巨TER效应提供了另一种新的机制。4.与金属接触的二维铁电隧道结的隧穿电致电阻效应为了更好地结合目前半导体技术,在采用2D铁电材料构建FTJs时需要考虑与金属电极接触的情况。然而,由于传统金属与2D铁电材料之间存在未知的相互作用,目前尚不清楚在2D铁电材料与金属接触时,其铁电性是否仍然存在,以及相应的FTJs是否按照存储设备的要求表现出较高的TER效应。为了研究这些问题,我们采用顶部接触的Au（010）和垂直面外极化的2D铁电材料In2Se3构建了金属与二维材料接触的FTJs。结合密度泛函理论以及非平衡格林函数计算,我们发现在金属和2D材料接触的体系中,不仅铁电材料的铁电性仍然存在,而且由其构建的FTJ达到了 104%的巨大TER比率。这主要是由于随着铁电极化反转,金属与2D铁电材料之间的接触由肖特基型向欧姆型转变。另外,我们还发现Au（010）与In2Se3之间的有效隧穿势垒高度为零,说明接触电阻较低,金属向半导体注入电子的能力强。此研究表明,通过正确选择金属材料,可以构建高性能的2D铁电隧道结。
张静[5]（2020）在《六方氮化硼纳米片表面改性与性能研究的第一性原理计算》文中研究说明二维（Two-dimensional:2D）材料,包括石墨烯、硅烯、黑磷、六方氮化硼（h-BN）、石墨化碳氮化物（g-C3N4）、石墨化氧化锌（g-ZnO）、二硫化钼（MoS2）等,因其优异的性能和原子层状结构以及在电子、光电器件中的广泛应用而备受关注。而在众多2D材料中,2D-h-BN是石墨烯的同形异构体,具有非常相似的层状结构以及独特的光电特性以及机械鲁棒性、热稳定性、化学惰性和耐腐蚀性。因此,它被广泛地应用于场效应晶体管、隧道器件、深紫外光发射器和探测器、光电器件和微纳机械系统（M/NEMS）中以及用作耐高温涂层材料、润滑抗磨和防腐材料以及介质层等。2D-h-BN被认为是最有前途的材料之一,同时它也可以与其他2D材料集成,如石墨烯和过渡金属双卤代烃（TMDC）,用于下一代NEMS和其它技术。除此之外,众所周知h-BN纳米片（h-BNNS）由于其较宽的带隙使得它完全绝缘,该性质极大地制约了其在半导体或导电M/NEMS中的应用。其次,虽然2D-h-BN纳米材料具有优异的润滑性能,被常用到各类润滑剂中,但是与石墨烯相比,由于B和N原子的电负性不同,层间除了存在弱范德华（vdW）力之外,h-BNNS层间也具有较强的极性,使得h-BNNS层间仍具有较高的摩擦。这种现象会削弱层间的相对滑移,降低h-BNNS作为减摩抗磨保护层的润滑性能。而摩擦导致的不期望的能量耗散以及由摩擦产生的磨损几乎存在于每个运动部件的机械系统中,并且由于M/NEMS的微纳米机械触点的高表面积-体积比,这种摩擦磨损对于小尺寸器件变得更加突出,降低设备的性能和可靠性,甚至无法得到实际应用,因此,在许多实际应用中,通常希望控制或减小层间摩擦。故寻找具有优异电学性能和低摩擦性能的新型h-BN基纳米材料成为材料研究者的新追求。众所周知,表面功能化是材料获得新的性能和应用的重要途径,即可以通过掺杂、取代、功能化和杂化等多种策略来调整其性能和功能,使2D-h-BN成为一种真正具有广泛用途的多功能材料,尤其是扩展h-BN基纳米材料在M/NEMS中的应用。本文以h-BNNS为研究对象,基于第一性原理密度泛函理论（Density Functional Therory:DFT）的计算方法,深入研究了单一原子（如,F,O和P原子）掺杂和双原子（如,F和H原子）共掺杂对h-BNNS的表面改性以及几何结构稳定性、电学特性、层间摩擦学行为及机制和光的吸收特性的影响,研究所得到的机制和规律,为实验的开展提供了理论依据;与此同时根据所得到的机制和规律,本文还利用OH自由基和F原子共掺杂h-BNNS诱导产生了具有优异电学、磁学和光学性能的2D c-BNNS,扩展了h-BNNS在M/NEMS以及新型材料制备领域中的应用。本文的主要研究内容和结论如下:（1）基于h-BNNSs在实际应用中存在的问题:绝缘性和高于石墨烯层间摩擦的行为,在这一部分工作中,采用表面功能化方法,基于第一性原理计算,分别研究了 F、O和P单原子对h-BNNS的表面改性和电学、磁学、光学以及摩擦学性质的影响及机制。首先,进行了不同掺杂比例的F原子对h-BNNS的表面改性和性能研究的第一性原理计算。计算发现所有掺杂比例的F原子都对h-BNNS体系的相关电学、磁学、光学以及层间的摩擦行为产生了不同的影响。对于电学性质方面,不同比例F原子的引入实现了双层h-BNNS从绝缘体到半导体和导体的转化,部分掺杂体系具有半金属性和磁性,这都归功于F原子的引入改变了费米能级,价带顶和导带底能级附近的电子能态分布。同时通过对能带结构与水氧化还原电势的比较分析发现,特定掺杂比例的氟化h-BNNS可用于水氧化还原反应的可见光催化剂,这一发现扩展了h-BN基纳米材料在催化领域的应用,为环境友好型能源H2的产生提供了新的路径。此外,F原子的引入都会降低层间的摩擦且体系磁性的产生更有利于层间摩擦的降低。通过分析不同滑移位置处的体系形变电子密度分布,提出了降低层间摩擦的机制—电子重排机制,即F原子的引入改变了层间和层内的原有电子排布,从而改变了层间和层内的相互作用,进而调控了层间的摩擦行为。其次,通过改变原子的掺杂方式和种类,来进一步探讨掺杂原子对层间摩擦行为的影响机制。通过对电学性质和层间摩擦行为的分析发现O原子掺杂体系由于掺杂方式和原子价电子分布与F原子存在的差异,因此O原子掺杂对层间摩擦行为的影响是不同的。随着O原子掺杂比例的增加层间摩擦出现了先降低后增加,并大于未掺杂体系的变化规律。通过电子分布图分析,在O原子掺杂位置层间存在锚定效应,提高层间的摩擦;而前面对F掺杂体系的研究提出磁性的产生有利于层间摩擦的降低。根据电学和磁学性质的分析提出了类磁致伸缩效应和锚定效应的竞争机制。最后,在h-BNNS的表面结构无面外形变和零磁性的情况下,探讨P掺杂原子对其电学和光学性质的影响机制。通过对吸收光谱的计算发现P原子的掺杂有效的改善了h-BNNS的光吸收性能,实现了可见光的吸收,甚至可以覆盖整个可见光区域。通过能带结构和电子轨道态密度分布的分析发现,这一变化是由于P的电负性低于N原子,导致了带隙的减小。总之,单一原子的掺杂可以有效的改善h-BNNS体系的电学、磁学、光学以及层间摩擦行为,扩展了 h-BNNS材料在可见光光催化领域以及半导体、导体、磁性NEMS中的应用。（2）在第二部分工作中,基于第一部分提出的摩擦机制和带隙工程,来设计具有优异电学性能的低摩擦h-BN基纳米材料。由于层间摩擦不仅受滑移层的影响也受基底层的影响,因此,在DFT框架下,提出了一种简便有效的方法,即通过引入F原子和H原子来调节双层h-BNNS材料的电导率和层间的摩擦行为。系统地研究了 F和H共掺杂的双层h-BNNS的表面结构和电子态密度分布。结合能的计算结果表明,F、H原子可以与h-BNNS发生强结合,同时对能带结构的分析发现h-BNNS在电学性质上实现了从绝缘体向半导体或导体的转变。更重要的是,由于F原子和H原子的引入所引起的电子重分布,使得掺杂的双层h-BNNS表现出优异的层间摩擦行为,甚至在一定的压缩层间距下仍然表现出非常低的层间摩擦。因此,可以通过改变掺杂模式和调节层间间距来实现超低层间摩擦。我们把这种超低层间摩擦现象称之为压力诱导下的摩擦崩溃,产生的原因归于量子力学效应引起的能量交叉。分析结果表明这些F、H共掺杂的双层h-BNNS具有良好的导电性、结构稳定性高、层间摩擦小、承载能力高等优点,使得h-BNNS在半导体或导体材料的M/NEMS领域有更加广阔的应用前景。（3）BN纳米材料的新型结构、制备方法、形成机理及广泛应用仍是研究热点之一。除了h-BN,另一种晶型的BN纳米材料,即c-BN,作为金刚石的等电子同形体,因其具有许多与金刚石相当的极端性能,甚至在化学性和热稳定性上都优于金刚石而引起了科学家们浓厚的研究兴趣。另外,已经证明c-BN对于大多数熔融金属的高温润湿具有很强的耐磨性。c-BN的这种独特性能优于h-BN,并且可以提供许多特殊应用,例如在恶劣环境下运行的高功率和高温纳米级器件。但是,与h-BN一样,基于c-BN的半导体或导电器件的实现仍然是一项艰巨的任务,这主要是由于c-BN具有6.4 eV左右的带隙,从而表现出很强的电绝缘特性。而且,直接合成具有均匀厚度和性能可调控的c-BN非常困难,需要很高的温度和压力。因此,开发一种新颖的方法来制备具有良好的电,磁或光学性质的c-BN基纳米材料已经变得非常重要。在这一部分工作中,采用前面的研究方法-表面功能化,基于第一性原理计算,通过OH自由基和F原子共掺杂h-BNNS诱导设计了 2D c-BN基纳米材料,即2D OH-F-c-BNNS,该结构具有优异的导电性、磁学、半金属性和可见光吸收性。更重要的是,当OH自由基和F原子掺杂位置发生交换（F-OH-c-BNNS）时,F-OH-c-BNNS只有导电性,这使得我们可以通过调整元素的掺杂位置来调节不同应用下c-BNNS的固有性质。而他们也有一定的共性,通过对能带结构的分析,发现这两种结构都可用于水氧化还原反应的光催化剂。该工作为设计和制备适用于不同应用场合的新型2D c-BN纳米材料提供了理论和实验依据。
李风平[6]（2020）在《二维材料的电子性质调控及激发态性质研究》文中指出硅基半导体的出现使得电子技术产品更加微型化和集成化,现如今研究者们在硅基半导体基础上石墨烯和相关二维材料进行了深入的研究和探索,进而推动了信息化产业的“二次革命”,也促进了二维材料在各行各业的应用和发展,使其成为下一代信息技术产业中最具有潜力的功能性材料。许多二维材料已经在实验上被成功合成和应用,并且理论上通过高性能的计算和模拟分析研究和预测了更多新型的二维功能性材料。基于石墨烯单层的类石墨烯材料具有超高载流子迁移率、费米速度以及量子霍尔效应,这些优异的性能推进了其在集成电路中的快速发展。除了寻找类石墨烯二维材料来丰富其光电子学、力学以及热力学的发展之外,通过对其维度的调控得到的低维纳米材料可以进一步应用在电化学以及储能方向上。但是对于类石墨烯二维材料的合成仍存在更多的挑战,并且对于其合成以后的物理化学性质的探究和机理分析也需要更进一步的探讨。此外,对于具有半导体性质的过渡金属硫族化合物组成的横向或者纵向的层状结构出现的新型的物理特性也更加丰富了二维材料在凝聚态物理学中的应用。更为有趣的是,二维材料在光电、光伏以及光催化系统中通过光电转化来提升太阳能利用率也发挥了不可多得的作用。与此同时,在这些光电器件中,光激发引起的激子效应对光电性质产生重要的影响,通过考虑激发态下的光物质相互作用可以为研究和设计新型光电器件提供更有价值的理论基础。除此之外,考虑受温度影响的晶格热力学振动产生的电子-声子耦合作用对二维材料中具有的激发态的玻色--爱因斯坦凝聚、激子相关的高温超导以及新型激子设备中的物理机制等具有指导性意义。因此,探究二维材料中光激发的光电性质对其内部物理化学性质的机理分析以及对光电器件的功能性调控也变得至关重要。在本论文中,我们通过第一性原理计算模拟分析了多种类石墨烯材料及其堆叠结构,并实现了对其电子结构和界面性质的调控,此外,我们也探究了二维材料堆叠结构的电子性质以及物理谷极化机制下的层间激子性质,并且进一步结合多体微扰理论探究了二维材料中的激发态光电性质以及考虑温度相关的电声耦合效应对激子效应的影响。论文分为六个章节:第一章简明论述了二维材料的研究现状和发展背景。第二章给出了本文中用到了理论计算方法和相关的计算软件介绍。第三章研究了类石墨烯材料生长界面的电子性质并通过降低维度对一维纳米管的电子性质进行了调控和对其储氢性能的探究。第四章探究了由极性MoSSe形成的范德华层状材料中具有的本征电场对其光电性质产生的影响。第五章深入的研究和讨论了在二维单层和双层材料中考虑温度和角度相关的激子效应。本论文的主要研究内容和结论如下:（1）通过第一性原理的计算模拟了与实验上相符合的锗烯单层生长在Au（111）衬底上的电子结构和界面性质。论证了锗烯与金属衬底之间较强的界面耦合作用,给出了锗烯单层由于对称性破坏之后其线性能带色散关系被打破的特征。另外,结合实验上成功制备的在Cu（111）衬底上生长的双层锗烯,理论分析了下层锗烯作为缓冲层可以用来减缓上层锗烯与金属衬底之间的电子轨道耦合强度,从而有利于上层锗烯的剥离和转移,其费米能级处的线性能带色散特征也可被较好的保存。综上所述,鉴于线性能带色散是新型量子现象的主要核心特征,对锗烯生长在金属衬底上的电子结构的分析有利于今后实验和理论上对类石墨烯二维单层的进一步的预测和分析,进而促进其在量子设备和光电器件中的应用。（2）构建和预测了三种新型的硼纳米管,并且通过对它们的手性和尺度的调控来讨论其电子性质的变化。通过对纳米管进行氢化,可以进一步稳定硼纳米管,而且在管的轴向施加应力可以实现金属到半导体性质的转变。其中对于两种特殊的含有孔状的硼纳米管,通过对其进行储氢性能的研究,发现具有良好的储氢能力,而且对其氢气和氢气之间以及氢气和硼纳米管之间的相互作用能以及吸附能的探究可以预测其具有更高的储氢率。故通过降低类石墨烯材料硼烯单层的维度,可以有效的实现对电子性质的调控并发掘其在储氢上的应用潜力。（3）讨论了极性MoSSe单层组成的范德华层状材料的光电性质。通过考虑电子-电子自能相关的GW近似,给出了极性MoSSe和WSSe单层的准粒子能带结构。通过对极性的MoSSe和WSSe组成的横向或者纵向的异质结构进行电子性质的研究,发现相对于单层MoSSe,纵向异质结具有的本征内建电场增强了 Rashba劈裂,而横向异质结构中的光响应明显提升。此外,横向或者纵向的异质结均构成了 II型能带对齐的特征,有利于层间或者界面激子的形成并产生较长寿命的谷极化激子。对于横向的MoSSe/WSSe,在构建不同的晶界的基础上,可以得到一维的金属界限,这也预示着在在这种异质构型中出现一维电子气的情况。以上对极性MoSSe单层的结构调控可以使其更好的应用在光电以及自旋电子学器件中。（4）探索了由MoSSe单层组成的范德华同质结中分别由面内和面外偶极矩诱导产生的Zeeman和Rashba劈裂。这类同质结中存在较大的层间能带位错,因此导致II型能带对齐特征的出现,并产生了具有较长谷极化寿命的层间激子,提升了光伏器件的使用效率。此外,由研究结构表明垂直偶极矩诱导产生的Rashba劈裂可以通过施加应力和调节层间距离来进行调控,并且我们也阐述了这种调控手段的物理机理。对由MoSSe单层组成的同质的范德华层状结构的电子性质的研究有助于对今后其在谷激子相关的物理学的理解以及在自旋电子学设备中的应用。（5）研究了极性MoSSe单层中的激发态光电性质。基于多体格林函数的微扰理论,论证了强的激发态性质会对MoSSe的光吸收性质产生重要影响,并且在低能位置具有较大的激子结合能。考虑到实际应用中的温度产生的热力学晶格振动的影响,也就是包含电子-声子耦合作用,其带隙在0 K时降低了 40meV。而且随着温度的升高,激子的位置、强度以及展宽也均受到了影响。理论计算得到温度相关的光学带隙可以与实验上室温下的光致发光光谱很好的对应。进一步,对于极性MoSSe也探究了其考虑含时的动力学下的激子的行为,结果表明其层内激子可以在一定时间尺度内进行快速结合。另外,通过考虑多体格林函数的激发态理论,探究了光入射角度的变化对于各向异性单层黑磷的光吸收的影响,通过考虑温度相关的准粒子态的激子寿命和展宽验证了黑磷中随温度升高而逐渐增加的准粒子带隙。我们对极性MoSSe和各向异性的黑磷中的激发态的光电性质和激子的动力学的讨论为在其它二维材料中的光物质相互作用的研究提供很好的理论基础,并且为探究由二维单层组成的范德华结构的激子效应在光电、光伏以及谷电子学上的应用提供了有利的理论指导。（6）探究了由不同过渡金属硫族化合物组成的层状材料的层间激子的产生机制。结合第一性原理计算和多体格林函数微扰理论以及含时的非绝热分子动力学的模拟计算,对具有不同层间内建电场的三种过渡金属硫族化合物的范德华双层的层间激子进行了理论分析。层间激子的产生可以从量子限制的Stark效应来解释。而且结果对比分析得出具有较大内建电场的MoSSe/WSSe的异质结具有相对更高的激子结合能、层间能带位错以及长的电子一空穴复合时间,这也就意味着其具有较高的光电转化效率和强的谷极化激子。我们对二维过渡金属硫族化合物的范德华双层结构的研究表明了通过结构调控层间激子的可行性,更多其它二维范德华材料中的激发态性质以及光物质相互作用的探究也会得到促进。
张云禛[7]（2020）在《二维材料的缺陷、组分及其光电特性研究》文中研究说明在过去的十几年里,二维材料的研究受到科研工作者广泛的关注。二维材料中的量子效应和较强的电子相互作用使得这类材料具有与体材料截然不同的电子和光学特性,如量子自旋霍尔效应、超导性、激子效应等,使其在电子、化工、电池、能源、环境等工业领域拥有较好的应用潜力。然而通过实验手段生长制备二维材料无法避免缺陷的产生,在不同组分和缺陷的共同作用下,材料的特性会发生一些新颖的变化。本文主要围绕几种二维材料及其缺陷结构和组分改变,基于密度泛函理论系统地研究了它们的电子结构与光学特性,对实验合成加以预测并模拟,展示了这些二维材料的应用前景,主要内容如下:（1）研究了二维H2-Ga（In）Bi体系的光电特性,包括声子谱、能带结构和吸光度等性质。氢化作用使得体系获得结构稳定性和带隙的双重提升,其电子结构在SOC效应的影响下发生能带反转现象,且价带发生自旋分裂效果。体系沿AC和ZZ方向的光学性质的基本相同,光吸收主要集中在可见光波段和紫外波段,在可见光波段的445 nm处的吸收效果最强。（2）研究了二维H2-Ga（In）Bi体系的点缺陷对光电特性的影响,VGa（In）空位缺陷和Ga（In）Bi反位缺陷使体系呈现金属性,Ga（In）（?）Bi反位缺陷会使体系的带隙增加。形成能结果表明VGa（In）、BiGa（In）、Ga（In）（?）Bi和SW缺陷更易在体系内出现。SW-OP1缺陷增强了系统在可见光波段的光吸收效应,VGa（In）空位缺陷、Ga（In）Bi反位缺陷和SW缺陷增强了体系在红外波段的光吸收效应。（3）通过设计单层4-8环缺陷结构,研究了二维Ⅵ族TMDs材料1 S-MX2的光电特性。该系统的导带和价带在г点接触,呈现半金属特性,且在SOC作用下打开带隙。当施加张应变时,导带的能量分裂效果会逐渐消失,当施加压应变时,除1S-WTe2体系外带隙均会逐渐降低。过大的应变会导致半金属特性消失,使电子结构发生拓扑相变。体系的光吸收主要集中在紫外波段,且会随着硫族元素的周期增加产生明显的红移。（4）通过引入Janus结构,研究了组分对Ⅵ族TMDs材料的光电特性的影响。在1S-MXY系统中,除1S-WSTe和1S-WSeTe以外,其余结构均具有动力学稳定性。形成能的变化趋势表明,用重原子取代轻原子存在势垒,反之则不是。Janus结构打破了面外的对称性,使得体系的价带产生了自旋分裂的现象。通过施加应变可以对自旋分裂效果加以调控。张应变下的价带的自旋分裂效果减弱;压应变下的Γ点带隙增加,价带的自旋分裂系数呈指数增长。体系的光吸收系数在可见光和紫外波段略有衰减,Janus结构使得光吸收系数下降且除了红外波段外无明显吸收峰。（5）研究了 1H相单层Janus NbSSe的结构和电子、磁学性质。体系呈现为金属性且具有磁性,在4×4超胞内具有稳定的反铁磁态,且在张应变下会发生反铁磁到铁磁的磁态转换过程。通过随机位移和重新结构优化发现了 Janus NbSSe体系在3×3超胞内的3种CDW体相。CDW体相的存在抑制了磁性的产生,电子结构和态密度结果表明CDW体相使得系统在费米能级附近出现新的态密度峰,电子可能以CDW的形式整体跃迁。本论文主要创新点如下:（1）通过形成能和电子结构结果对实验生长H2-Ga（In）Bi材料提供了理论支撑,通过引入点缺陷提升了体系的带隙,确保材料在室温时具有产生量子自旋霍尔效应的条件。（2）较大的体带隙、半金属特性和自旋分裂三种性质使得1S相Ⅵ族TMDs在制备自旋电子学器件、拓扑绝缘体等方向有较大的潜力。（3）CDW体相的存在和其抑制磁性的特点使得Janus NbSSe有望成为新型超导材料,在磁控压力传感器和超导体等领域具有较大的潜力。
武占伟[8]（2020）在《纳米PMOSFET NBTI效应的研究》文中认为随着5G、人工智能、云计算、物联网等新兴技术的快速发展,CMOS集成电路已步入纳米时代。随着器件特征尺寸地进一步减小,PMOSFET的NBTI（Negative Bias Temperature Instability）可靠性问题变得愈发严重,成为了限制CMOS电路寿命的重要因素之一。因此本文针对纳米PMOSFET的NBTI效应进行了深入地研究。首先,论文对NBTI失效机制以及相关理论模型进行了详细的分析和介绍,并通过仿真研究了NBT应力、氢扩散率及源漏偏压引起的PMOS器件的退化程度。研究发现在长时间NBT应力下,整个反应由反应控制阶段迅速过渡到了扩散控制阶段;更高的氧化层电场强度以及温度应力都会导致反应产生更多的界面陷阱电荷,加剧NBTI退化。同时氢扩散速率越大,界面陷阱电荷产生的速率就越快,NBTI反应过程越剧烈。较低的源漏偏压可以降低NBTI退化,改善NBTI可靠性。其次,通过研究NBTI退化的在线监测方法与预警技术设计了NBTI预警电路。本文提出了一种基于迟滞比较器结构的NBTI预警电路。该预警电路与测试电路采用相同的制造工艺、设计规则、电路结构、版图形式、封装形式以及工作环境,能精准地反映待测电路的应力承受情况和退化的失效机理;还可以提前预报待测电路的失效,用于进一步失效诊断。随后,通过仿真验证、版图设计,交付SMIC流片,对获得的预警电路通过加速寿命试验验证了电路功能的正确性。然后,论文设计了不同栅长和栅宽的NBTI测试结构。还详细设计了NBTI加速寿命试验方案并确立了试验相关参数的设置。实验测试结果表明NBT应力后器件特性曲线以及关键参数发生了不同程度的退化;同时发现PMOS器件工作条件的增强如栅压应力的增大,温度应力的升高都会使PMOS器件的NBTI效应增强,而且随着器件沟道长度的不断减小,器件的阈值电压负向漂移更加严重。最后,根据实验结果,综合考虑温度、栅压、应力时间、器件沟道长度以及沟道宽度因素对PMOSFET寿命的影响,论文提取了NBTI效应激活能以及电场加速因子,并以阈值电压退化量作为评估PMOS器件NBTI寿命的评估标准,建立了0.13μm工艺下仅考虑NBTI效应的寿命评估公式并验证了寿命公式的精确性。论文推算出在-1.2V的栅压应力下PMOS器件的工作寿命为7年左右。温度、电压、应力时间的增加以及栅长、栅宽的减小都会导致PMOSFET NBTI寿命的缩短,在电路、器件设计、制造以及使用中须考虑这些因素减小其对电路、器件的影响,否则集成电路的正常工作寿命将难以保证。
赵璐[9]（2019）在《原子层淀积La基高介电常数薄膜的栅介质与阻变特性研究》文中进行了进一步梳理自摩尔定律提出以来,半导体行业在过去几十年里一直遵循摩尔定律稳步发展。到器件特征尺寸发展至45 nm技术节点时,传统的SiO2介质层已减薄到几个原子层厚度,由于直接隧穿效应导致的栅极泄漏电流已经增大到无法接受的程度,导致集成电路工作时极大的静态功耗,带来非常严重的可靠性问题。在这种情况下,需要在集成电路工艺中引入介电常数高于SiO2的绝缘栅介质材料,以保证栅氧化层在等效氧化层厚度满足等比例缩小要求的前提下获得足够的物理厚度,减小栅极泄漏电流和静态功耗。在众多可用于栅氧化层应用的高k介质材料中,La基高介电常数薄膜具有较大的介电常数值、较大的禁带宽度和与Si或Ge衬底合适的能带失配,被认为是最有希望应用于集成电路的下一代高k介质材料之一。后摩尔时代,集成电路技术的发展越来越倾向于应用驱动。对于应用于不同领域和方向的微电子器件,工业界对其性能提升的要求已不再是简单的提高芯片集成度和大面积化。近年来,阻变存储器（RRAM）由于具有结构简单、存储密度高、读写速度快、耐擦写性能好等优点,正在成为下一代非易失性存储器的备选方案之一。通过改变金属-绝缘层-金属（Metal-Insulator-Metal,MIM）结构的施加电压,与大多数高k金属氧化物类似,La基高k介质材料也可以表现出电阻开关特性。本文研究了原子层淀积的La基高介电常数薄膜作为MOSFET器件栅介质和RRAM器件阻变功能层应用时的物理、化学和电学性能,主要研究内容和研究成果如下:1.分别以O3和H2O作为氧化剂,采用原子层淀积方法在p型Si衬底和n型Ge衬底上淀积了非晶态的LaxAlyO薄膜。X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）测试结果表明,相比于H2O作为氧化剂的样品,在采用O3作为氧化剂淀积的LaxAlyO薄膜与Ge衬底界面处形成了更厚的界面层（主要由LaGeOx和GeOx构成）,导致其与Ge衬底之间的导带失配（CBO）值更小,LaxAlyO薄膜与Ge衬底的势垒更低,使LaxAlyO薄膜与Ge衬底的界面特性变差。因此,采用O3作为氧化剂淀积的LaxAlyO薄膜栅极泄漏电流密度增大了一个数量级以上。结合以上研究结果,可以认为相比于O3,H2O更适合作为在Ge衬底上原子层淀积LaxAlyO薄膜的氧化剂。然而,在Si衬底之上,得益于SiO2/Si界面的良好性能,采用O3作为氧化剂淀积的LaxAlyO薄膜与Si衬底之间具有更大的导带和价带失配值,使O3淀积的LaxAlyO薄膜栅极泄漏电流更小。2.分析了薄膜淀积后退火过程中退火氛围对原子层淀积的LaxAlyO薄膜物理和电学特性的影响。在淀积LaxAlyO薄膜之后,分别在N2和O2氛围600°C下对薄膜进行60 s的快速热退火处理。XPS测试结果表明,退火处理促进了主要由LaGeOx和GeOx构成的界面层生成。在O2退火氛围中,富氧环境抑制了GeO2向GeO的解析反应,将Ge不完全氧化物氧化为GeO2,进一步改善了界面质量。LaGeOx和GeOx的介电常数值远小于LaxAlyO,导致退火处理之后LaxAlyO薄膜的k值变小。未经退火处理的LaxAlyO薄膜中存在的正净氧化层电荷使ALD淀积的LaxAlyO薄膜电容-电压（C-V）曲线平带电压(VFB)负向漂移。退火处理之后,得益于薄膜中及其与衬底界面附近陷阱的减少,Al/LaxAlyO/Ge MIS电容结构的C-V特性曲线VFB正向漂移,且电流-电压（J-V）曲线的栅极泄漏电流特性和击穿特性均得到改善。相比于未经过退火处理的样品,O2氛围退火处理之后LaxAlyO薄膜的栅极泄漏电流密度减少了接近一个数量级。3.研究了原子层淀积的La2O3界面钝化层的引入对Ge基金属-绝缘体-半导体（MIS）结构界面性能的影响。通过研究结果我们发现,在Al2O3介质层和Ge衬底之间插入的La2O3钝化层会在界面处形成热力学稳定性良好的LaGeOx成分,可以有效抑制GeO2向GeO的解析反应。由于GeO易挥发,挥发之后会在界面处引入缺陷和悬挂键等陷阱。因此,La2O3钝化层与外扩散的Ge原子反应形成的LaGeOx成分对GeO解析的抑制有助于减少栅氧化层中的氧化层陷阱电荷及其与Ge衬底界面处的界面陷阱电荷。得益于此,双向扫描C-V曲线的滞回特性和多频C-V曲线的弱反型区频散特性明显减弱。此外,在引入La2O3钝化层后,栅极泄漏电流密度降低了一个数量级以上,并且获得了更高的击穿场强。4.系统研究了La2O3界面钝化层的厚度对高k栅介质与Ge衬底界面特性的影响。在很薄的范围内（015个ALD循环,厚度约为01.3 nm）,随着La2O3界面钝化层厚度的增加,HfO2/La2O3/Ge结构的表面粗糙度降低,表明所淀积HfO2/La2O3叠层结构的平整性得到改善。界面透射电镜（TEM）扫描结果显示HfO2/Ge结构与HfO2/1.3 nm La2O3/Ge结构中的HfO2薄膜在经过600°C退火处理之后表现出不同的结晶行为,表明15个ALD循环的La2O3钝化层可以有效地抑制Ge原子向栅介质层的扩散。Al/HfO2/La2O3/Ge MIS电容结构的C-V特性曲线表明,La2O3界面钝化层的厚度变化会对MIS电容结构VFB的漂移、双扫C-V曲线的滞回行为和C-V曲线的形状产生影响。随着La2O3界面钝化层厚度增大,HfO2/La2O3堆栈栅介质的k值持续增大。然而,C-V曲线弱反型区的异常驼峰现象及电导法和单频近似法提取的界面态密度(Dit)值变化趋势均表明5个ALD循环的La2O3界面钝化层在界面处引入了更多的缺陷,不利于界面性能的改善。随着La2O3界面钝化层的ALD循环数继续增大,LaGeOx成分对器件界面性能的改善逐渐起主导作用,使Ge基MIS电容器件的C-V特性、栅极泄漏电流特性和击穿特性得到了显着改善。5.以ALD生长的Al2O3/La2O3/Al2O3叠层结构作为阻变功能层,设计了电阻随机存取存储（RRAM）器件。之后研究了Al+注入对RRAM器件电阻开关性能的影响。与未经过Al+注入的对照样品相比,注入了Al+的RRAM器件无需初始化过程,阻变阈值电压分布更为集中,且高低阻态电阻比更大。除此之外,注入Al+器件的电阻开关稳定性和一致性也得到了提高。推测注入Al+的RRAM器件性能得到改善的主要原因是注入的Al+规范了电阻转变过程中Al2O3/La2O3/Al2O3叠层结构中导电细丝形成和断裂的随机性。
赵鹰翔[10]（2019）在《隧穿场效应晶体管关键工艺研究》文中研究说明随着集成电路领域的日益发展,芯片集成度不断提高的同时MOSFET器件尺寸也在不断缩小。当今,尺寸缩小所带来的功耗增大问题变得越来越重要,对于传统的MOSFET器件,功耗与性能间的取舍已经成为了越来越难以解决的矛盾。在室温下,由于受到热载流子发射工作机理的限制,MOSFET的亚阈值摆幅（Subthreshold Swing）不会低于60 mV/dec,而隧穿场效应晶体管（TFET）作为一种新型低功耗器件,其工作机理为载流子的带带隧穿（BTBT）,器件亚阈值摆幅可以突破60 mV/dec的限制,从而能够大幅度降低器件的静态功耗。并且TFET器件还兼顾关态电流低以及工艺兼容度高的优点,所以被认为是替代MOSFET的最有力竞争者之一。但TFET器件目前仍存在一些自身问题,例如:TFET的开态电流普遍比较小,器件平均亚阈值摆幅(SSavg)没有达到理想值等。目前,不少国内外专家学者都在通过研究新型结构以及应用新型材料来解决TFET所存在的问题,其中国内研究者对于TFET器件的工艺实验开展较少。为探究这些问题的解决办法,本文通过对TFET器件结构进行改进,并通过工艺制备的方法探究了关键工艺对于TFET器件性能的影响与优化。具体研究内容如下:1.本文深入探究了TFET器件的工作机理,并通过对TFET工作性能的影响因素进行分析,对TFET器件结构进行了优化。通过将栅极伸入源区完成栅-源交叠,从而增加了隧穿结的隧穿面积以及源-沟道界面的隧穿电场,仿真结果表明此种结构优化能够使器件性能得到良好改善。2.本次实验完成对了TFET器件的工艺制备,并结合仿真数据对TFET实验工艺做了初步探索,其中关键工艺流程在于离子注入,薄膜生长,以及快速热退火环节。3.本文通过测试详细分析了器件的欧姆接触,C-V特性以及界面陷阱。结合仿真数据分析了源、漏区离子注入导致的欧姆接触差异,退火对于欧姆接触的影响以及片上各区域的工艺偏差。并通过分析C-V正反向扫描出现的曲线迟滞以及频散特性的异常“突起”对栅介质-半导体界面的陷阱电荷进行了表征。4.分析了器件的栅漏电流以及转移特性,其中栅漏电流较小,在nA量级以下。器件的开关比约为102,最小亚阈值摆幅约为108 mV/dec,平均亚阈值摆幅超过230mV/dec。器件的开关特性和栅控能力受到接触电阻较大以及界面陷阱电荷的影响表现不够理想,并且在相隔一个月后的第二次测试时发现栅漏电流急剧增大,C-V特性完全失去规律,证明栅介质层的质量随时间退化非常明显,最终导致器件失效。5.对本次实验进行总结。实验结果表明器件展现出一定了栅控能力,虽然器件特性没有预期中理想,但本次实验为之后的研究做出了探索和尝试,并找到了一些优化方案,例如:今后可以在关键工艺中增加更多的参数对比组以及单步工艺测试来优化实验条件,并且应该对样片进行钝化处理以保证栅介质薄膜质量,防止氧化层退化致使器件失效。
二、C-V Characterization in MOS Structure Inversion Layer Including Quantum Mechanical Effects（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、C-V Characterization in MOS Structure Inversion Layer Including Quantum Mechanical Effects（论文提纲范文）
（1）高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 激光与高功率半导体激光器 |
| 1.1.2 低频噪声及其应用 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 半导体器件低频噪声研究现状 |
| 1.2.2 半导体激光器低频噪声研究现状 |
| 1.3 论文的主要内容 |
| 1.3.1 论文研究思路 |
| 1.3.2 论文结构安排 |
| 第2章 高功率半导体激光器的噪声理论基础 |
| 2.1 噪声的统计特性 |
| 2.2 白噪声 |
| 2.2.1 热噪声 |
| 2.2.2 散粒噪声 |
| 2.3 高功率半导体激光器中的低频噪声及其特性 |
| 2.3.1 1/f噪声 |
| 2.3.2 G-R噪声 |
| 2.4 高功率半导体激光器的电噪声特性 |
| 2.5 高功率半导体激光器的光噪声特性 |
| 2.6 高功率半导体激光器低频噪声测量系统 |
| 2.6.1 低频噪声测量方法概述 |
| 2.6.2 HP-LDs低频光、电噪声测量系统 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 高功率半导体激光器噪声产生机理及特性研究 |
| 3.1 单异质结HP-LDs噪声等效电路模型 |
| 3.1.1 I-V特性 |
| 3.1.2 少数载流子的热涨落 |
| 3.1.3 产生-复合噪声 |
| 3.1.4 噪声等效电路模型建立 |
| 3.2 双异质结HP-LDs噪声等效电路模型 |
| 3.2.1 I-V特性 |
| 3.2.2 产生-复合噪声 |
| 3.2.3 噪声等效电路模型建立 |
| 3.3 双异质结高功率半导体激光器1/f噪声特性分析 |
| 3.3.1 双异质结HP-LDs1/f噪声模型建立 |
| 3.3.2 实验结果分析与1/f噪声特性分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 小注入下HP-LDs1/f噪声模型及产生机理研究 |
| 4.1 小注入下HP-LDs1/f噪声模型构建 |
| 4.1.1 HP-LDs中载流子的统计分布 |
| 4.1.2 非辐射复合电流形成机理 |
| 4.1.3 1/f噪声模型 |
| 4.2 小注入下HP-LDs1/f噪声特性分析与讨论 |
| 4.2.1 980 nm In Ga As/Ga As HP-LDs外延层结构 |
| 4.2.2 1/f噪声特性分析及讨论 |
| 4.3 小注入下HP-LDs1/f噪声产生机理及应用 |
| 4.3.1 利用电致发光表示非辐射复合电流 |
| 4.3.2 小注入下经老化试验后的HP-LDs1/f噪声特性讨论 |
| 4.3.3 小注入下1/f噪声表征HP-LDs表面稳定性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型以及与光子数涨落的量子相关性研究 |
| 5.1 激光的半经典理论基础 |
| 5.2 激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型构建 |
| 5.2.1 量子化朗之万(Langevin)方程 |
| 5.2.2 结电压1/f涨落模型 |
| 5.2.3 模型验证与讨论 |
| 5.3 光子数涨落与结电压1/f涨落之间的量子相关性研究 |
| 5.3.1 量子相关性理论推导 |
| 5.3.2 实验验证与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 高功率半导体激光器低频噪声表征特性研究 |
| 6.1 基于低频光、电噪声相关性的808 nm HP-LDs可靠性表征方法研究 |
| 6.1.1 808 nm HP-LDs外延层结构 |
| 6.1.2 经出厂寿命测试的808 nm HP-LDs低频光、电噪声特性分析 |
| 6.1.3 性能退化的808 nm LDs低频光、电噪声相关性及可靠性分析 |
| 6.2 基于低频噪声与加速老化试验相结合的VCSEL预筛选方法研究 |
| 6.2.1 VCSEL器件低频噪声测量 |
| 6.2.2 VCSEL预筛选判据模型构建 |
| 6.2.3 预筛选结果讨论及方法优势分析 |
| 6.3 基于1/f噪声的HP-LDs辐射效应退化机理及辐射损伤表征研究 |
| 6.3.1 引入辐照缺陷的HP-LDs 1/f噪声模型构建 |
| 6.3.2 实验验证及结果讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（2）非晶HfO2/晶体STO界面场效应的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 钛酸锶和氧化铪的性质研究 |
| 1.2.1 钛酸锶的基本性质 |
| 1.2.2 钛酸锶表面导电层研究 |
| 1.2.3 氧化铪的基本性质 |
| 1.2.4 非晶HfO_2栅介质层的研究 |
| 1.3 MOS场效应晶体管 |
| 1.4 研究背景与意义 |
| 1.5 本论文的创新和结构安排 |
| 第二章 实验和测试方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 非晶HfO_2/晶体STO场效应晶体管的制备 |
| 2.2.1 图形化工艺介绍 |
| 2.2.2 Ar~+轰击SrTiO_3工艺与原理 |
| 2.2.3 薄膜制备技术 |
| 2.3 薄膜表面分析技术 |
| 2.4 霍尔效应测试 |
| 2.5 TDDB测试 |
| 2.6 电学性质测试 |
| 2.6.1 电流-电压(I-V)曲线测试 |
| 2.6.2 场效应性能测试 |
| 2.6.3 LCR测试 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 非晶HfO_2薄膜击穿与寿命研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Pt/HfO_2/Pt电容器的制备工艺 |
| 3.3 Pt/HfO_2/Pt电容器漏电机理 |
| 3.4 非晶HfO_2介质层TDDB特性研究 |
| 3.4.1 TDDB寿命估计模型 |
| 3.4.2 TDDB的累计失效率和可靠性研究 |
| 3.4.3 TDDB实验数据处 |
| 3.5 栅氧化层介电常数的计算 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 非晶HfO_2/晶体STO场效应晶体管的性能分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 非晶HfO_2/晶体STO场效应晶体管工艺 |
| 4.3 非晶HfO_2/晶体STO场效应晶体管 |
| 4.3.1 Ar~+轰击SrTiO_3表面输运性质分析 |
| 4.3.2 伏安特性曲线分析 |
| 4.3.3 场效应特性曲线分析 |
| 4.3.4 场效应晶体管的稳定性 |
| 4.4 LCR数据分析 |
| 4.4.1 C-V测试掺杂浓度 |
| 4.4.2 场效应晶体管的变温LCR分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（3）基于表面势的MOSFET模型研究及其应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 MOS模型的发展和研究现状 |
| 1.3 器件模型需求和模型开发流程 |
| 1.4 论文的主要内容和结构安排 |
| 第二章 MOSFET原理及表面势模型简介 |
| 2.1 MOSFET物理结构和工作原理 |
| 2.2 MOSFET重要物理效应分析 |
| 2.2.1 典型效应对阈值电压的影响 |
| 2.2.2 沟道长度调制效应 |
| 2.2.3 非准静态和频率色散效应 |
| 2.2.4 高频分布效应 |
| 2.3 表面势模型简介 |
| 2.3.1 模型层次结构 |
| 2.3.2 本征模型 |
| 2.3.3 非本征模型 |
| 2.4 版图设计与在片测试系统 |
| 2.4.1 测试版图设计 |
| 2.4.2 在片测试系统 |
| 2.4.3 晶体管去嵌入方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 小信号等效电路模型研究 |
| 3.1 嵌入结构完整等效电路模型 |
| 3.2 嵌入结构完整模型验证与应用 |
| 3.3 晶体管小信号等效电路模型 |
| 3.4 晶体管等效电路模型验证与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 晶体管非线性模型研究和应用 |
| 4.1 对称非线性电容模型 |
| 4.1.1 非线性电容模型公式 |
| 4.1.2 非线性电容模型验证 |
| 4.2 基于表面势的非线性漏-源电流模型 |
| 4.2.1 电荷分布与表面势方程 |
| 4.2.2 非线性沟道长度调制 |
| 4.2.3 沟道载流子的非均匀分布特性 |
| 4.2.4 表面势非线性漏-源电流公式 |
| 4.2.5 表面势非线性漏-源电流模型验证与分析 |
| 4.3 模型应用与功率仿真验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 研究工作总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（4）二维铁电隧道结输运特性的第一性原理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 铁电隧道结 |
| 1.2.1 铁电材料的发展及特性 |
| 1.2.2 铁电隧道结基本参数的计算 |
| 1.2.3 隧穿电致电阻效应 |
| 1.3 三维铁电隧道结及其研究现状 |
| 1.4 二维铁电材料 |
| 1.4.1 二维铁电材料研究背景 |
| 1.4.2 二维铁电材料的最新进展 |
| 1.5 本文研究动机及主要内容 |
| 第二章 理论计算方法 |
| 2.1 第一性原理方法简介 |
| 2.1.1 Born-Oppenheimer绝热近似 |
| 2.1.2 变分原理 |
| 2.1.3 Hartree-Fock近似 |
| 2.2 密度泛函理论 |
| 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.2.2 Kohn-Sham 方程 |
| 2.2.3 交换关联泛函 |
| 2.2.4 自洽求解一般过程 |
| 2.3 电子结构计算方法 |
| 2.3.1 Muffin-tin球 |
| 2.3.2 缀加平面波 |
| 2.3.3 线性缀加平面波 |
| 2.3.4 投影缀加平面波方法 |
| 2.4 量子输运性质计算方法 |
| 2.4.1 平衡格林函数的定义 |
| 2.4.2 非平衡格林函数方法 |
| 2.4.3 Landauer-Buttiker公式 |
| 2.5 隧穿电致电阻比率的计算 |
| 2.6 计算软件简介 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 在石墨烯/BiP二维铁电隧道结中实现隧穿电致电阻效应 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型与计算方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 体系的几何和电子性质 |
| 3.3.2 体系的透射及静电势分布 |
| 3.3.3 电极的电子结构分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 在具有垂直面外极化的二维铁电隧道结中实现巨电致电阻效应 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型与计算方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 体系的透射函数 |
| 4.3.2 局域态密度(LDOS)分布 |
| 4.3.3 电极的电子结构分析 |
| 4.3.4 有效势分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 石墨烯/In_2Se_3铁电隧道结中畴壁诱导的巨隧穿电阻效应 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件结构和计算方法 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 结构稳定性分析 |
| 5.3.2 体系的透射函数 |
| 5.3.3 体系的有效势及差分电荷密度 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 与金属接触的二维铁电隧道结的隧穿电致电阻效应 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 结构和计算细节 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 In_2Se_3/Au接触体系的几何结构 |
| 6.3.2 体系的有效隧穿势垒高度及透射性质分析 |
| 6.3.3 In_2Se_3/Au接触体系的电子结构分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 全文总结 |
| 7.1 论文总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）六方氮化硼纳米片表面改性与性能研究的第一性原理计算（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 二维材料概论 |
| 1.3 h-BN基纳米材料的研究进展 |
| 1.3.1 h-BN的发展现状 |
| 1.3.2 h-BNNS的结构及性能 |
| 1.3.3 h-BNNS的表面改性 |
| 1.3.4 h-BNNS的应用 |
| 1.4 其它常见的二维材料简介 |
| 1.4.1 石墨烯 |
| 1.4.2 二硫化钼 |
| 1.4.3 黑磷 |
| 1.5 研究意义和研究内容 |
| 第二章 密度泛函理论简介 |
| 2.1 量子力学基础 |
| 2.1.1 Schrodinger方程 |
| 2.1.2 Born-Oppenheimer近似 |
| 2.1.3 单电子近似 |
| 2.1.4 Hartree-Fock方法 |
| 2.2 密度泛函理论的基础 |
| 2.2.1 Thomas-Fermi近似 |
| 2.2.2 Hohenberg-Kohn理论: 多体理论 |
| 2.2.3 Kohn-Sham方程: 有效单电子近似 |
| 2.3 常见的交换相关能量泛函 |
| 2.3.1 局域密度近似(LDA) |
| 2.3.2 广义梯度近似(GGA) |
| 2.3.3 杂化密度泛函(Hybrid Density Functional) |
| 2.4 Bloch定理 |
| 2.4.1 Bloch定理 |
| 2.4.2 Brillouin Zone k点的选取 |
| 2.5 密度泛函理论的应用 |
| 2.6 计算软件--Materials Studio介绍 |
| 第三章 单原子(F,O,P)掺杂对h-BNNS结构和性能影响的研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 F原子引入调控h-BNNS的电学、摩擦学和光学性能的研究 |
| 3.2.1 计算方法 |
| 3.2.2 结构特点 |
| 3.2.3 摩擦特性 |
| 3.2.4 电学特性 |
| 3.2.5 氟化h-BNNS在可见光催化水氧化还原反应中的应用 |
| 3.2.6 小结 |
| 3.3 O掺杂h-BNNS调控其层间摩擦行为的研究 |
| 3.3.1 计算方法 |
| 3.3.2 结构特性 |
| 3.3.3 摩擦特性 |
| 3.3.4 摩擦机理分析 |
| 3.3.5 小结 |
| 3.4 P原子掺杂h-BNNS调控其电学和光学性能的研究 |
| 3.4.1 计算方法 |
| 3.4.2 结构特点 |
| 3.4.3 电学特性 |
| 3.4.4 光学特性 |
| 3.4.5 小结 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 双原子(F和H)共掺杂对h-BNNS电学和摩擦学性能影响研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 计算方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 结构特点 |
| 4.3.2 电学特性 |
| 4.3.3 摩擦特性 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 二维c-BNNS的结构设计及其性能研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 计算方法 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 结构特点 |
| 5.3.2 电学特性 |
| 5.3.3 光学特性 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究成果总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 英文论文一 |
| 英文论文二 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（6）二维材料的电子性质调控及激发态性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 类石墨烯单层的生长以及界面电子性质 |
| 1.3 过渡金属硫族化合物组成的范德华层状结构的光电性质 |
| 1.4 一维纳米管的电子性质调控以及应用 |
| 1.5 二维材料中激发态的光电性质 |
| 1.6 本论文研究的主要内容及创新点 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论计算方法及相关软件介绍 |
| 2.1 基于密度泛函理论的第一性原理计算 |
| 2.1.1 多粒子体系的Schrodinger方程及其各种近似下的求解 |
| 2.1.2 密度泛函理论 |
| 2.1.3 几种常用的近似交换关联泛函 |
| 2.2 多体微扰理论的激发态计算 |
| 2.2.1 准粒子运动的格林函数 |
| 2.2.2 多体微扰理论的GW近似 |
| 2.2.3 GW近似下的准粒子方程 |
| 2.2.4 双粒子格林函数的Bethe-Salpeter方程 |
| 2.3 考虑电声耦合作用下的激发态光电性质 |
| 2.3.1 电子和原子振动耦合影响的温度相关的光吸收 |
| 2.3.2 电子-电子关联作用对准粒子带隙的影响 |
| 2.3.3 双粒子格林函数下的电子-空穴耦合作用 |
| 2.4 第一性原理以及激发态计算的软件包 |
| 参考文献 |
| 第三章 类石墨烯材料电子性质的调控以及功能性探究 |
| 3.1 锗烯生在Au(111)和Cu(111)上界面的电子性质研究 |
| 3.1.1 实验和理论研究背景 |
| 3.1.2 计算方法和模型 |
| 3.1.3 锗烯在Au(111)衬底上的界面电子性质 |
| 3.1.4 单层和双层锗烯在Cu(111)上的界面电子性质 |
| 3.1.5 小结 |
| 参考文献 |
| 3.2 新型硼纳米管及其氢化后电子结构的调控 |
| 3.2.1 实验和理论研究背景 |
| 3.2.2 计算方法和模型 |
| 3.2.3 结果和讨论 |
| 3.2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 3.3 氢化的硼纳米管的储氢性能的研究 |
| 3.3.1 实验和理论研究背景 |
| 3.3.2 计算方法和模型 |
| 3.3.3 结果和讨论 |
| 3.3.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 极性MoSSe的vdW结构的电子性质的研究和调控 |
| 4.1 MoSSe/WSSe形成的纵向和横向异质材料的光电性质 |
| 4.1.1 实验和理论研究背景 |
| 4.1.2 计算方法和模型 |
| 4.1.3 结果和讨论 |
| 4.1.4 小结 |
| 参考文献 |
| 4.2 具有本征内建电场的MoSSe的vdW材料中光电性质的研究 |
| 4.2.1 实验和理论研究背景 |
| 4.2.2 计算方法和模型 |
| 4.2.3 结果和讨论 |
| 4.2.3.1 MoSSe的vdW结构的基本性质 |
| 4.2.3.2 MoSSe的vdW结构中的谷相关物理性质 |
| 4.2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 2D材料激发态光电性质的研究 |
| 5.1 MoSSe单层激发态光电性质的研究 |
| 5.1.1 实验和理论研究背景 |
| 5.1.2 计算方法和模型 |
| 5.1.3 结果和讨论 |
| 5.1.3.1 MoSSe单层基态的光电性质 |
| 5.1.3.2 MoSSe单层中温度相关的光电性质 |
| 5.1.4 小结 |
| 参考文献 |
| 5.2 过渡金属硫族化合物组成得vdW双层结构中层间激子的调控 |
| 5.2.1 实验和理论研究背景 |
| 5.2.2 计算方法和模型 |
| 5.2.3 结果和讨论 |
| 5.2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 5.3 黑磷中温度和角度相关的激发态的光电性质 |
| 5.3.1 实验和理论研究背景 |
| 5.3.2 计算方法和模型 |
| 5.3.3 结果和讨论 |
| 5.3.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录和获奖等情况 |
| 1 发表论文目录 |
| 2 参加的国内外学术会议 |
| 3 获奖情况 |
| 4 参与的科研项目 |
| 附录: 攻读博士学位期间所发表的英文论文(原文) |
| 附件 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（7）二维材料的缺陷、组分及其光电特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 二维材料中的缺陷结构 |
| 1.2.1 二维材料的点缺陷 |
| 1.2.2 二维材料的线缺陷 |
| 1.3 二维材料的性质调控 |
| 1.4 本论文安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论背景与计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 材料计算的历史 |
| 2.3 密度泛函理论的基础框架 |
| 2.4 交换关联泛函 |
| 2.4.1 局域密度近似 |
| 2.4.2 广义梯度近似 |
| 2.4.3 杂化泛函 |
| 2.5 赝势-平面波方法 |
| 2.6 密度泛函微扰理论 |
| 2.7 计算方法与程序 |
| 参考文献 |
| 第三章 二维H_2-Ga(In)Bi及其缺陷的光电特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 研究背景 |
| 3.3 理论模型与计算方法 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 H_2-Ga(In)Bi的光电特性 |
| 3.4.2 H_2-Ga(In)Bi缺陷体系的光电特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 二维1S相TMDs及其Janus结构的光电特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 研究背景 |
| 4.3 理论模型与计算方法 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 1S-MX_2体系及其在应变下的电子特性 |
| 4.4.2 Janus 1S-MXY体系及其在应变下的电子结构 |
| 4.4.3 非Janus结构与Janus结构光学性质对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 二维Janus NbSSe的磁学性质及其电荷密度波相 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 研究背景 |
| 5.3 理论模型与计算方法 |
| 5.4 结果与讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 附录1 二维H_2-Ga(In)Bi体系的能带结构及吸光度 |
| 附录2 1S-MX_2及1S-MXY体系在应变下的能带结构 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
（8）纳米PMOSFET NBTI效应的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状与进展 |
| 1.3 本文研究内容及结构安排 |
| 第二章 NBTI效应理论模型与预警技术 |
| 2.1 引发NBTI效应的各类缺陷 |
| 2.1.1 界面陷阱电荷 |
| 2.1.2 氧化层陷阱 |
| 2.1.3 K中心与K_N中心 |
| 2.2 NBTI效应理论模型 |
| 2.2.1 反应扩散(R-D)模型 |
| 2.2.2 缺陷捕获/释放(T/D)模型 |
| 2.2.3 Tsetseris模型 |
| 2.2.4 电化学反应模型 |
| 2.2.5 分立/耦合模型 |
| 2.3 NBTI退化监测与预警技术 |
| 2.3.1 可靠性评估 |
| 2.3.2 失效预警技术研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 PMOSFET NBTI效应的仿真研究 |
| 3.1 TCAD仿真结构设计 |
| 3.2 仿真结果与分析 |
| 3.2.1 氧化层电场强度对界面陷阱电荷的影响 |
| 3.2.2 温度对界面陷阱电荷的影响 |
| 3.2.3 氢扩散率对界面陷阱电荷的影响 |
| 3.2.4 低源漏偏压电压对界面陷阱电荷的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 NBTI预警电路和实验方案设计 |
| 4.1 NBTI预警电路设计 |
| 4.1.1 NBTI预警电路原理 |
| 4.1.2 电路仿真分析 |
| 4.1.3 版图设计与封装 |
| 4.2 NBTI实验设计方案 |
| 4.2.1 加速寿命实验 |
| 4.2.2 测试电路可靠性测试方案 |
| 4.2.3 预警电路测试方案 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 NBTI效应实验研究 |
| 5.1 NBTI效应对PMOSFET I-V特性的影响 |
| 5.1.1 NBTI效应对PMOSFET输出特性的影响 |
| 5.1.2 NBTI效应对PMOSFET转移特性的影响 |
| 5.2 NBTI效应对PMOSFET C-V特性的影响 |
| 5.3 NBT应力条件对NBTI效应的影响 |
| 5.3.1 栅压应力对NBTI效应的影响 |
| 5.3.2 温度应力对NBTI效应的影响 |
| 5.4 器件尺寸缩小对NBTI效应的影响 |
| 5.4.1 沟道长度变化对NBTI效应的影响 |
| 5.4.2 沟道宽度变化对NBTI效应的影响 |
| 5.5 预警电路失效监测实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 NBTI效应下的PMOSFET寿命评估 |
| 6.1 应力时间t与寿命之间的关系 |
| 6.2 栅压Vgs与寿命之间的关系 |
| 6.3 温度T与寿命之间的关系 |
| 6.4 沟道长度L与寿命之间的关系 |
| 6.5 沟道宽度W与寿命之间的关系 |
| 6.6 NBTI效应下寿命公式的建立 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）原子层淀积La基高介电常数薄膜的栅介质与阻变特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 高k栅介质材料研究进展 |
| 1.3 La基高介电常数薄膜的栅介质应用 |
| 1.4 La基高介电常数薄膜的Ge表面钝化应用 |
| 1.5 La基高介电常数薄膜的阻变特性 |
| 1.6 本文研究的主要目的和内容 |
| 第二章 La基高介电常数薄膜制备方法及性能表征技术 |
| 2.1 常用高k栅介质薄膜制备方法 |
| 2.1.1 物理气相淀积 |
| 2.1.2 化学气相淀积 |
| 2.2 原子层淀积技术 |
| 2.2.1 ALD技术简介 |
| 2.2.2 ALD设备简介 |
| 2.2.3 ALD制备薄膜工艺流程 |
| 2.2.4 ALD技术的主要技术参数 |
| 2.3 高k薄膜性能表征技术 |
| 2.3.1 椭圆偏振光谱 |
| 2.3.2 X射线光电子能谱 |
| 2.3.3 原子力显微镜 |
| 2.3.4 透射电子显微镜 |
| 2.3.5 能量色散X射线光谱 |
| 2.3.6 电学特性表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 La基氧化物薄膜栅介质应用特性研究 |
| 3.1 不同氧化剂淀积的La_xAl_yO薄膜与Si衬底能级特性 |
| 3.1.1 实验样品制备及其性能评估方案 |
| 3.1.2 La_xAl_yO/Si能级特性分析 |
| 3.1.3 La_xAl_yO薄膜化学键合状态分析 |
| 3.1.4 Si衬底上La_xAl_yO薄膜电学特性分析 |
| 3.2 不同氧化剂淀积的La_xAl_yO薄膜与Ge衬底能级特性 |
| 3.2.1 实验样品制备及其性能评估方案 |
| 3.2.2 La_xAl_yO/Ge界面处化学键合状态分析 |
| 3.2.3 La_xAl_yO薄膜/Ge能级特性分析 |
| 3.2.4 Ge衬底上La_xAl_yO薄膜电学特性分析 |
| 3.3 退火氛围对La_xAl_yO薄膜与Ge衬底界面质量的影响 |
| 3.3.1 样品制备与测试方案 |
| 3.3.2 La_xAl_yO薄膜与Ge衬底界面处化学状态分析 |
| 3.3.3 Al/La_xAl_yO/Ge MIS电容C-V特性分析 |
| 3.3.4 La_xAl_yO薄膜J-V特性分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于La_2O_3 薄膜的Ge表面钝化研究 |
| 4.1 La_2O_3 界面钝化层对Al_2O_3/Ge界面特性的改善 |
| 4.1.1 实验样品制备及其性能评估方案 |
| 4.1.2 Al_2O_3 薄膜与Al_2O_3/La_2O_3 叠栅结构与Ge界面处化学键分析 |
| 4.1.3 La_2O_3 界面钝化层对Ge衬底表面粗糙度的影响 |
| 4.1.4 La_2O_3 界面钝化层对Ge基 MIS器件C-V和 G-V特性的影响 |
| 4.1.5 La_2O_3 界面钝化层对Ge基 MIS器件电学特性改善机理分析 |
| 4.1.6 La_2O_3 界面钝化层对Ge基 MIS器件栅极泄漏电流特性的影响 |
| 4.2 不同厚度的La_2O_3 界面钝化层对HfO_2/Ge界面特性的影响 |
| 4.2.1 实验样品制备及其性能评估方案 |
| 4.2.2 HfO_2/La_2O_3 叠栅结构与Ge衬底界面处化学状态分析 |
| 4.2.3 HfO_2/La_2O_3 叠栅结构与Ge衬底界面微结构 |
| 4.2.4 HfO_2/La_2O_3 叠栅结构表面形貌 |
| 4.2.5 HfO_2/La_2O_3 叠栅结构的C-V和 G-V特性 |
| 4.2.6 HfO_2/La_2O_3 叠栅结构的栅极泄漏电流特性 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 La基高介电常数薄膜的阻变特性研究 |
| 5.1 阻变存储器基础知识 |
| 5.1.1 阻变存储器的性能参数 |
| 5.1.2 阻变存储器的电阻转变机制 |
| 5.1.3 阻变存储器性能优化方案 |
| 5.2 Al~+注入对Al_2O_3/La_2O_3/Al_2O_3 叠层结构阻变特性的改善 |
| 5.2.1 实验样品制备及其性能评估方案 |
| 5.2.2 Al_2O_3/La_2O_3/Al_2O_3 叠层结构物相分析 |
| 5.2.3 Al_2O_3/La_2O_3/Al_2O_3 叠层结构RRAM器件典型开关周期 |
| 5.2.4 Al_2O_3/La_2O_3/Al_2O_3 叠层结构RRAM器件性能分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 研究结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）隧穿场效应晶体管关键工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究意义及背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 新结构TFET |
| 1.2.2 新材料TFET |
| 1.3 本论文主要研究内容 |
| 第二章 TFET器件工作机理 |
| 2.1 TFET工作机理 |
| 2.1.1 量子力学隧穿原理 |
| 2.1.2 隧穿二极管工作机理 |
| 2.1.3 TFET工作原理 |
| 2.2 TFET隧穿几率与亚阈值摆幅 |
| 2.2.1 TFET的隧穿几率 |
| 2.2.2 TFET的亚阈值摆幅 |
| 2.3 影响隧穿场效应晶体管性能的因素 |
| 2.3.1 栅氧化层对于器件性能的影响 |
| 2.3.2 沟道长度对于器件性能的影响 |
| 2.3.3 掺杂对于器件性能的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 TFET器件设计与制备 |
| 3.1 TFET器件设计 |
| 3.1.1 器件结构设计 |
| 3.1.2 实验版图设计 |
| 3.2 实验材料 |
| 3.3 实验设备 |
| 3.3.1 等离子体刻蚀机 |
| 3.3.2 离子注入机 |
| 3.3.3 磁控溅射仪 |
| 3.3.4 原子层淀积设备 |
| 3.3.5 快速热退火系统 |
| 3.4 实验工艺流程 |
| 3.4.1 样片清洗 |
| 3.4.2 刻蚀台面及对准标记 |
| 3.4.3 离子注入 |
| 3.4.4 RTA退火激活杂质 |
| 3.4.5 淀积栅介质薄膜 |
| 3.4.6 溅射栅金属 |
| 3.4.7 湿法腐蚀 |
| 3.4.8 淀积源、漏金属 |
| 3.4.9 RTA快速热退火形成欧姆接触 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 测试与分析 |
| 4.1 传输线欧姆接触研究 |
| 4.1.1 传输线模型测试原理 |
| 4.1.2 接触电阻测试结果分析 |
| 4.1.3 小结 |
| 4.2 C-V特性及界面缺陷研究 |
| 4.2.1 MOS电容理想特性 |
| 4.2.2 界面缺陷分析 |
| 4.2.3 小结 |
| 4.3 器件特性研究 |
| 4.3.1 器件栅极漏电研究 |
| 4.3.2 器件转移特性研究 |
| 4.3.3 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、C-V Characterization in MOS Structure Inversion Layer Including Quantum Mechanical Effects（论文参考文献）
- [1]高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性研究[D]. 曲畅. 长春理工大学, 2021(01)
- [2]非晶HfO2/晶体STO界面场效应的实验研究[D]. 唐义强. 电子科技大学, 2021(01)
- [3]基于表面势的MOSFET模型研究及其应用[D]. 黄成熊. 电子科技大学, 2021(01)
- [4]二维铁电隧道结输运特性的第一性原理研究[D]. 康丽丽. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]六方氮化硼纳米片表面改性与性能研究的第一性原理计算[D]. 张静. 山东大学, 2020
- [6]二维材料的电子性质调控及激发态性质研究[D]. 李风平. 山东大学, 2020(08)
- [7]二维材料的缺陷、组分及其光电特性研究[D]. 张云禛. 北京邮电大学, 2020(04)
- [8]纳米PMOSFET NBTI效应的研究[D]. 武占伟. 西安电子科技大学, 2020
- [9]原子层淀积La基高介电常数薄膜的栅介质与阻变特性研究[D]. 赵璐. 西安电子科技大学, 2019(07)
- [10]隧穿场效应晶体管关键工艺研究[D]. 赵鹰翔. 西安电子科技大学, 2019(02)