Si基片上掺Ge SiO2的火焰水解法制备

用火焰水解法在单晶Si片上沉积了掺Ge的SiO2(GeO2-SiO2)粉末,随后在高温炉中将此粉末烧结成玻璃.用光学显微镜观察了样品表面形貌,研究了不同的烧结工艺对样品形貌的影响.用X射线光电子能谱检测了样品的元素组成,并用棱镜耦合法测量了样品的折射率和厚度.结果表明,用适宜的工艺条件制备出的掺Ge的SiO2具有表面平整光滑,折射率和厚度可调等优点,适合用作Si基SiO2波导器件的芯层.

突破间接带局限创新Si基激光器

Si基高效发光与受激光发射是Si基光子学突破性发展的关键课题,它的实现对Si基微电子学的发展有深远的重大意义.由于受到天然Si材料间接带能带结构的限制,Si材料的发光效率极低,更谈不上可实现受激光发射,人工改性就成为当代研究、开拓的主要途径.新的Si基直接带体材料(如β-FeSi2等)的探索,Ge/Si量子阱、超晶格、量子点的能带工程介观改性,子带发光跃迁的探索,异类元素插入短周期超晶格中的化学键改性,以及SiO2高浓度nc-Si的生成和高激活度稀土离子的掺入发光等已开展了多途径的研究,不同程度上取得了重要的进展,一种MIS结构电子隧道注入高效发光器件已在SiO2:RE MOS结构中实现.运用激光器件物理的深入设计和新的器件技术的引入,可以预计本世纪初叶,对实现Si基激光器的奢望将会成为现实,无疑它对Si基光子学、Si基集成光电子学乃至信息高科技的发展将作出历史性的巨大贡献.

SiON对Si基SiO_2 AWG偏振补偿的数值分析

采用全矢量交替方向隐含迭代方法系统分析了高折射率SiON薄膜对Si基SiO2阵列波导光栅中波导应力双折射的影响.分析结果表明在芯区上或下表面沉积SiON薄膜可以明显减小Si基SiO2阵列波导光栅(AWG)中波导的应力双折射,但这两种补偿方法容易使模场偏移中心位置,不利于波导与光纤的耦合.理想的补偿方法是在芯区上下同时补偿,可减小模场偏移,并用该方法设计了偏振无关的16通道AWG.

双异质外延Si/Al_2O_3/Si薄膜制作的CMOS器件

报道了利用高真空MOCVD外延生长γ氧化铝的技术和利用SOS CMOS的成熟工艺制作双异质外延Si/γ-Al2O3/Si单晶薄膜以及用其研制Si/γ-Al2O3/Si CMOS场效应晶体管、Si/γ-Al2O3/Si CMOS集成电路的初步结果.

Si/Si直接键合界面性质的研究

通过三步直接键合方法实现了Si/Si键合.采用XPS、FTIR、I-V、拉伸强度等手段对Si/Si键合结构的界面特性作了深入广泛的研究.研究结果表明,高温退火后,在键合界面没有Si-H和Si-OH网络存在,键合界面主要由单质Si和不定形氧化硅SiOx组成.同时,研究还表明,I-V特性和键合强度强烈地依赖于退火温度.

小尺寸Si/Ge量子点内应变和组分的拉曼光谱表征

本文详细地研究了原始生长和退火处理后的Si/Ge量子点的拉曼光谱.我们观测到了Si/Ge量子点的一系列本征的拉曼振动模以及Ge-Ge模的LO和TO声子峰间4.2cm-1的频率劈裂.通过这些参数, 我们自洽地确定了原始生长的平面直径为20nm和高为2nm的Si/Ge量子点内Ge的平均组分为80%,平均应变为-3.4%.分析清楚地表明了这种小尺寸的Si/Ge量子点内的应变仍遵从双轴应变,并且应变的释放主要由量子点和Si隔离层间Si-Ge原子互扩散决定.

低能离子束方法制备Fe组分渐变的Fe-Si薄膜

利用质量分离的低能离子束技术，获得了Fe组分渐变的Fe-Si薄膜。利用俄歇电子能谱法(AEs)、x射线衍射法(XRD)以及x射线光电子能谱法(XPS)测试了薄膜的组分、结构特性。测试结果表明，在室温下制备的Fe-Si薄膜呈非晶态。非晶薄膜在400℃下退火20 rmn后晶化，没有Fe的硅化物相形成。退火后Fe-Si薄膜的Fe组分从表面向内部逐渐降低。

High Temperature Characteristics of 3C-SiC/Si Heterojunction Diodes Grown by LPCVD

The high temperature (300～480K) characteristics of the n-3C-SiC/p-Si heterojunction diodes (HJD) fabricated by low-pressure chemical vapor deposition on Si (100) substrates are investigated.The obtained diode with best rectifying properties has 1.8×104 of ratio at room temperature,and slightly rectifying characteristics with 3.1 of rectification ratio is measured at 480K of an ambient temperature .220V of reverse breakdown voltage is acquired at 300K.Capacitance-voltage characteristics show that the abrupt junction model is applicable to the SiC/Si HJD structure and the built-in voltage is 0.75V.An ingenious equation is employed to perfectly simulate and explain the forward current density-voltage data measured at various temperatures.The 3C-SiC/Si HJD represents a promising approach for the fabrication of high quality heterojunction devices such as SiC-emitter heterojunction bipolar transistors.

Si(111)衬底无微裂GaN的MOCVD生长

采用AlN插入层技术在Si(111)衬底上实现无微裂GaN MOCVD生长.通过对GaN外延层的a,c轴晶格常数的测量,得到了GaN所受张应力与AlN插入层厚度的变化关系.当AlN厚度在7～13nm范围内,GaN所受张应力最小,甚至变为压应力.因此,GaN微裂得以消除.同时研究了AlN插入层对GaN晶体质量的影响,结果表明,许多性能相比于没有AlN插入层的GaN样品有明显提高.

Ge/Si量子点的生长研究进展

要有效应用SK模式生长的Ge量子点,必须实现Ge量子点的位置可控并且进一步缩小Ge量子点的尺寸.阐释了这方面的研究进展,特别对图形衬底生长Ge量子点,利用Si表面的自组织性在错切割的邻晶面衬底上生长有序Ge岛,表面杂质诱导成岛这三个方面的进展加以介绍分析.

1.55-μm Si-based MOEMS optical tunable filter

A prototype 1.55-μm Si-based micro-opto-electro-mechanical-systems (MOEMS) tunable filter is fabricated, employing surface micromachining technology. Full-width-at-half-maximum (FWHM) of the transmission spectrum is 23 nm. The tuning range is 30 nm under 50-V applied voltage. The device can be readily integrated with resonant cavity enhanced (RCE) detector and vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) to fabricate tunable active devices.

自组装Ge/Si量子点的研究进展

回顾与总结了该实验室对自组装Ge/Si(001)量子点的近期研究进展.着重介绍了生长在Si(001)衬底上的Ge量子点的形貌演变过程;多层Ge量子点的结构分析;Ge量子点结构的光学电学性质的表征;以及提高Ge量子点尺寸和分布均匀性的各种方法.

纳米硅(nc-Si:H )/晶体硅(c-Si)异质结太阳电池的数值模拟分析

运用美国宾州大学发展的AMPS程序模拟分析了n-型纳米硅(n+-nc-Si:H)/p-型晶体硅(p-c-Si)异质结太阳电池的光伏特性.分析表明,界面缺陷态是决定电池性能的关键因素,显著影响电池的开路电压(VOC)和填充因子(FF),而电池的光谱响应或短路电流密度(JSC)对缓冲层的厚度较为敏感.对不同能带补偿(bandgap offset)的情况所进行的模拟分析表明,随着ΔEc的增大,由于界面态所带来的开路电压和填充因子的减小逐渐被消除,当ΔEc达到0.5eV左右时界面态的影响几乎完全被掩盖.界面层的其他能带结构特征对器件性能的影响还有待进一步研究.最后计算得到了这种电池理想情况下(无界面态、有背面场、正背面反射率分别为0和1)的理论极限效率ηmax=31.17% (AM1.5,100mW/cm2,0.40-1.10μm波段).

Si被注入Gd后的磁性及其整流特性的研究

采用离子束技术,在n型硅基片中注入稀土元素钆,制备了磁性-非磁性p-n结.磁性层Gd_xSi_(1-x)表现出优良的磁学性能,高居里温度,高原子磁矩(利用RKKY模型可以得到解释),低矫顽力,并保持着半导体的属性,磁性-非磁性p-n结具有整流特性,但没有观察到明显的磁电阻效应.

稳定、优质nc-Si/a-Si:H薄膜的研制和特性分析

利用等离子体增强化学气相沉积技术研制出了优质稳定的氢化非晶-纳米晶两相结构硅薄膜.薄膜的光电导率相对于器件质量的非晶硅有两个数量级的提高;光敏性也较好,光、暗电导比可以达到104,此外薄膜的光电导谱具有更宽的长波光谱响应.更为重要的是薄膜的光致退化效应远小于典型的非晶硅薄膜,在光强为50mW/cm2的卤钨灯光照24h后,光电导的衰退小于10%.这种薄膜优良的光电性能源于薄膜中的非晶母体的存在使其在光学跃迁中的动量选择定则发生松弛,因而具有大的光学吸收系数和较高的光敏性;相对于典型非晶硅而言,薄膜的中程有序度得到了较大的改善,并具有小的深隙态密度;薄膜中存在的纳米尺寸的微晶颗粒,提供了光生载流子的复合通道,在非晶母体中的电子空穴对可以转移到微晶颗粒中进行复合,这样抑制了非晶母体中的非辐射复合,从而降低了光致亚稳缺陷产生的概率.