Energy band design for Si/SiGe quantum cascade laser

This paper introduces in detail the working principle of Si/SiGe Quantum cascade laser(QCL). Appropriate parameters are used to calculate the hole subband structure of Si/Si1-xGex quantum well using a six-band k center dot p method. The dispersion relation and energy band for different layer thickness and compositions are investigated. Meanwhile, the energy separations between hole subbands in Si/Si1-xGex/Si quantum wells are also analyzed. Finally the calculated results are used for the Si/SiGe QCL design, which will be beneficial to the structure optimization of Si/SiGe QCL.

Effects of Platinum on NiPtSiGe/n-SiGe and NiPtSi/n-Si Schottky Contacts

Solid phase reaction of NiPt/Si and NiPt/SiGe is one of the key issues for silicide (germanosilicide) technology. Especially, the NiPtSiGe, in which four elements are involved, is a very complex system. As a result, a detailed study is necessary for the interfacial reaction between NiPt alloy film and SiGe substrate. Besides using traditional material characterization techniques, characterization of Schottky diode is a good measure to detect the interface imperfections or defects, which are not easy to be found on large area blanket samples. The I-V characteristics of 10nm Ni(Pt=0, 5, 10 at.%) germanosilicides/n-Si₀/₇Ge₀.₃ and silicides/n-Si contact annealed at 400 and 500°C were studied. For Schottky contact on n-Si, with the addition of Pt in the Ni(Pt) alloy, the Schottky barrier height (SBH) increases greatly. With the inclusion of a 10% Pt, SBH increases ~0.13 eV. However, for the Schottky contacts on SiGe, with the addition of 10% Pt, the increase of SBH is only ~0.04eV. This is explained by pinning of the Fermi level. The forward I-V characteristics of 10nm Ni(Pt=0, 5, 10 at.%)SiGe/SiGe contacts annealed at 400°C were investigated in the temperature range from 93 to 300K. At higher temperature (>253K) and larger bias at low temperature (<253K), the I-V curves can be well explained by a thermionic emission model. At lower temperature, excess currents at lower forward bias region occur, which can be explained by recombination/generation or patches due to inhomogenity of SBH with pinch-off model or a combination of the above mechanisms.

Relaxação estrutural de camadas pseudomórficas de SiGe/Si(100) induzida pela implantação iônica de He ou Si e tratamento térmico

O Si tensionado (sSi) é um material com propriedades de transporte eletrônico bastante superiores as do Si, sendo considerado como uma alternativa importante para a produção de dispositivos MOSFET (transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor) de mais alta performance (e.g. freqüências de operação f>100 GHz). O sSi é obtido através do crescimento epitaxial de Si sobre um substrato de mesma estrutura cristalina, porém com parâmetro de rede diferente. Esta tese apresenta uma investigação detalhada de um novo método que possibilita a produção de camadas relaxadas de Si1xGex com espessuras inferiores a 300 nm, consideradas como a melhor alternativa tecnológica para a produção de sSi. Este método envolve a implantação de íons de He+ ou de Si+ em heteroestruturas pseudomórficas de Si1-xGex/Si(001) e tratamentos térmicos. Foram estudados os efeitos dos diversos parâmetros experimentais de implantação e tratamentos térmicos sobre o processo de relaxação estrutural, utilizando-se heteroestruturas pseudomórficas de Si1-xGex/Si(001) crescidas via deposição de vapor químico, com distintas concentrações de Ge (0,19x 0,29) e com espessuras entre 70 e 425 nm. Com base no presente estudo foi possível identificar diversos mecanismos atômicos que influenciam o processo de relaxação estrutural das camadas de Si1-xGex/Si(001). O processo de relaxação é discutido em termos de um mecanismo complexo que envolve formação, propagação e interação de discordâncias a partir de defeitos introduzidos pela implantação. No caso das implantações de He, por exemplo, descobrimos que podem ocorrer perdas de He durante as implantações e que este efeito influencia negativamente a relaxação de camadas finas. Além disso, também demonstramos que os melhores resultados são obtidos para energias e fluências de implantação que resultam na formação de bolhas planas localizadas no substrato de Si a uma distância da interface equivalente a uma vez a espessura da camada de SiGe. O grau de relaxação satura em 50% para camadas de SiGe com espessura 100 nm. Este resultado é discutido em termos da energia elástica acumulada na camada de SiGe e da retenção de He. No caso de implantações de Si, discutimos a formação de defeitos tipo {311} e sua transformação térmica em discordâncias. Este estudo resultou numa visão abrangente dos principais fatores limitantes do processo, bem como na otimização dos valores de parâmetros experimentais para a produção de camadas de SiGe com alto grau de relaxação e com baixa densidade de defeitos.

Caracterização elétrica de túnel-FET em estrutura de nanofio com fontes de SiGe e Ge em função da temperatura.

Este trabalho teve como objetivo estudar os transistores de tunelamento por efeito de campo em estruturas de nanofio (NW-TFET), sendo realizado através de analises com base em explicações teóricas, simulações numéricas e medidas experimentais. A fim de avaliar melhorar o desempenho do NW-TFET, este trabalho utilizou dispositivos com diferentes materiais de fonte, sendo eles: Si, liga SiGe e Ge, além da variação da espessura de HfO2 no material do dielétrico de porta. Com o auxílio de simulações numéricas foram obtidos os diagramas de bandas de energia dos dispositivos NW-TFET com fonte de Si0,73Ge0,27 e foi analisada a influência de cada um dos mecanismos de transporte de portadores para diversas condições de polarização, sendo observado a predominância da influência da recombinação e geração Shockley-Read-Hall (SRH) na corrente de desligamento, do tunelamento induzido por armadilhas (TAT) para baixos valores de tensões de porta (0,5V > VGS > 1,5V) e do tunelamento direto de banda para banda (BTBT) para maiores valores tensões de porta (VGS > 1,5V). A predominância de cada um desses mecanismos de transporte foi posteriormente comprovada com a utilização do método de Arrhenius, sendo este método adotado em todas as análises do trabalho. O comportamento relativamente constante da corrente dos NW-TFETs com a temperatura na região de BTBT tem chamado a atenção e por isso foi realizado o estudo dos parâmetros analógicos em função da temperatura. Este estudo foi realizado comparando a influência dos diferentes materiais de fonte. O uso de Ge na fonte, permitiu a melhora na corrente de tunelamento, devido à sua menor banda proibida, aumentando a corrente de funcionamento (ION) e a transcondutância do dispositivo. Porém, devido à forte dependência de BTBT com o campo elétrico, o uso de Ge na fonte resulta em uma maior degradação da condutância de saída. Entretanto, a redução da espessura de HfO2 no dielétrico de porta resultou no melhor acoplamento eletrostático, também aumentando a corrente de tunelamento, fazendo com que o dispositivo com fonte Ge e menor HfO2 apresentasse melhores resultados analógicos quando comparado ao puramente de Si. O uso de diferentes materiais durante o processo de fabricação induz ao aumento de defeitos nas interfaces do dispositivo. Ao longo deste trabalho foi realizado o estudo da influência da densidade de armadilhas de interface na corrente do dispositivo, demonstrando uma relação direta com o TAT e a formação de uma região de platô nas curvas de IDS x VGS, além de uma forte dependência com a temperatura, aumentando a degradação da corrente para temperaturas mais altas. Além disso, o uso de Ge introduziu maior número de impurezas no óxido, e através do estudo de ruído foi observado que o aumento na densidade de armadilhas no óxido resultou no aumento do ruído flicker em baixa frequência, que para o TFET, ocorre devido ao armadilhamento e desarmadilhamento de elétrons na região do óxido. E mais uma vez, o melhor acoplamento eletrostático devido a redução da espessura de HfO2, resultou na redução desse ruído tornando-se melhor quando comparado à um TFET puramente de Si. Neste trabalho foi proposto um modelo de ruído em baixa frequência para o NW-TFET baseado no modelo para MOSFET. Foram realizadas apenas algumas modificações, e assim, obtendo uma boa concordância com os resultados experimentais na região onde o BTBT é o mecanismo de condução predominante.

Characterization of commercial double-walled carbon nanotube material : composition, structure, and heat capacity

A purified commercial double-walled carbon nanotube (DWCNT) sample was investigated by transmission electron microscopy (TEM), thermogravimetry (TG), and Raman spectroscopy. Moreover, the heat capacity of the DWCNT sample was determined by temperature-modulated differential scanning calorimetry in the range of temperature between -50 and 290 °C. The main thermo-oxidation characterized by TG occurred at 474 °C with the loss of 90 wt% of the sample. Thermo-oxidation of the sample was also investigated by high-resolution TG, which indicated that a fraction rich in carbon nanotube represents more than 80 wt% of the material. Other carbonaceous fractions rich in amorphous coating and graphitic particles were identified by the deconvolution procedure applied to the derivative of TG curve. Complementary structural data were provided by TEM and Raman studies. The information obtained allows the optimization of composites based on this nanomaterial with reliable characteristics.

Report : school survey to collect data on material performance

A survey of a number of schools in a number of different climates was carried out to determine the condition of building components of interest in the project. Schools in Melbourne, the Victorian Surf Coast, Brisbane, Townsville and the Sunshine Coast were inspected. A rating system was devised to categorise the components and the results collated in tables. Analysis of the data (where sufficient examples permitted) resulted in formulae to predict the service of the components and a database was derived.

Data mining on prices of highway project main material based on WEB

The management of main material prices of provincial highway project quota has problems of lag and blindness. Framework of provincial highway project quota data MIS and main material price data warehouse were established based on WEB firstly. Then concrete processes of provincial highway project main material prices were brought forward based on BP neural network algorithmic. After that standard BP algorithmic, additional momentum modify BP network algorithmic, self-adaptive study speed improved BP network algorithmic were compared in predicting highway project main prices. The result indicated that it is feasible to predict highway main material prices using BP NN, and using self-adaptive study speed improved BP network algorithmic is the relatively best one.

Application of a continuum theory to vertical vibrations of a layer of granular material

Many interesting phenomena have been observed in layers of granular materials subjected to vertical oscillations; these include the formation of a variety of standing wave patterns, and the occurrence of isolated features called oscillons, which alternately form conical heaps and craters oscillating at one-half of the forcing frequency. No continuum-based explanation of these phenomena has previously been proposed. We apply a continuum theory, termed the double-shearing theory, which has had success in analyzing various problems in the flow of granular materials, to the problem of a layer of granular material on a vertically vibrating rigid base undergoing vertical oscillations in plane strain. There exists a trivial solution in which the layer moves as a rigid body. By investigating linear perturbations of this solution, we find that at certain amplitudes and frequencies this trivial solution can bifurcate. The time dependence of the perturbed solution is governed by Mathieu’s equation, which allows stable, unstable and periodic solutions, and the observed period-doubling behaviour. Several solutions for the spatial velocity distribution are obtained; these include one in which the surface undergoes vertical velocities that have sinusoidal dependence on the horizontal space dimension, which corresponds to the formation of striped standing waves, and is one of the observed patterns. An alternative continuum theory of granular material mechanics, in which the principal axes of stress and rate-of-deformation are coincident, is shown to be incapable of giving rise to similar instabilities.