鐵電-AlGaN-GaN半導體異質薄膜的界面表征研究.pdf_第1頁
已閱讀1頁,還剩139頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

1、界面是功能氧化物/半導體異質薄膜研究的重要內容。功能氧化物/半導體薄膜既具有以半導體載流子的場效應與輸運性質,又具有氧化物材料豐富的功能效應,如超導、鐵磁、鐵電、壓電、電光等。如何在功能氧化物/半導體異質界面上,將半導體的場效應與氧化物的功能效應相互集成,誘導出新現(xiàn)象和新效應,進而研制新型器件是當前材料和器件研究的熱點之一。盡管功能氧化物/半導體異質薄膜的制備技術在近幾年出現(xiàn)了顯著的進步,但是,由于理論和實驗手段的制約,尤其是界面表征手

2、段的缺乏,人們對功能氧化物/半導體界面有關物理性質和機制的認識還相當有限,阻礙了功能氧化物/半導體異質薄膜及其器件的進一步發(fā)展。
   本論文以典型的功能氧化物/半導體薄膜--鐵電/AlGaN/GaN異質薄膜的界面為主要研究對象,針對三種界面:AlGaN/GaN異質界面、鐵電/半導體異質界面和鐵電疇壁界面,分別研究界面二維電子氣(2DEG)、界面電荷陷阱態(tài)、極化反轉與疇壁界面運動的表征方法。并以此為基礎,研究這些界面特性與鐵電/

3、AlGaN/GaN半導體異質薄膜電性能之間的關系。
   首先,在納米尺度上對AlGaN/GaN異質界面2DEG進行了表征研究。采用極弱電容信號的鎖相放大技術,研制了微區(qū)電容測試系統(tǒng),局域電容的分辨率達到10aF(10-18F)。通過有限元計算模擬,分析了探針針尖與界面2DEG電容與雜散電容的分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)降低雜散電容和控制針尖接觸半徑是準確檢測局域2DEG電容-電壓(C-V)特性的關鍵。提出“探針電流-半徑比例法”,實現(xiàn)了界面

4、局域2DEG濃度的定量檢測,測量結果與宏觀C-V測試結果具有可比性。利用該方法,發(fā)現(xiàn)2nm超薄介質緩沖層對AlGaN/GaN異質界面2DEG的C-V特性的影響起著決定性的作用。實驗結果表明,保證兼容性外延生長的條件下,MgO緩沖層比TiO2緩沖層更利于保持AlGaN/GaN異質界面2DEG的原有特性。
   其次,研究了界面電荷陷阱的表征以及電荷陷阱對鐵電/AlGaN/GaN異質薄膜電性能的影響。通過建立“鐵電/AlGaN”和“

5、AlGaN/GaN”界面陷阱態(tài)的等效電導模型,實現(xiàn)了鐵電/AlGaN/GaN異質薄膜界面電荷陷阱的定量表征。針對鈮酸鋰型和鈣鈦礦型兩類典型的鐵電/AlGaN/GaN異質薄膜,系統(tǒng)研究了鐵電層結構、緩沖層材料、復合緩沖層結構等對界面電荷陷阱密度和分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)LiNbO3/AlGaN/GaN異質薄膜中存在界面陷阱態(tài)和體陷阱態(tài)。兩種陷阱態(tài)具有不同的時間常數,其中,界面陷阱態(tài)是影響二維電子氣C-V回滯特性的主導因素,而體陷阱態(tài)是決定異質

6、薄膜漏電機制的主要原因。與鈮酸鋰型結構相比,鈣鈦礦型鐵電/AlGaN/GaN結構的界面陷阱態(tài)密度較之高出一到兩個數量級。采用TiO2/MgO復合緩沖層,可以將無緩沖層的PZT/AlGaN/GaN界面陷阱密度降低一個數量級,達到1011cm.2eV-1,同時顯著改善異質結器件的漏電特性。通過降低界面陷阱態(tài)和注入電荷,減小了界面電荷對鐵電極化的屏蔽作用,改善了鐵電極化反轉對2DEG的調制作用。
   最后,對鐵電極化反轉特性和電疇的

7、運動特性進行了表征研究。通過建立電極式PFM表征方法,實現(xiàn)了反轉過程中電疇演變的監(jiān)測和局域壓電響應回線的測量,解決了宏觀極化電滯回線測量無法表征鐵電/半導體結構的問題。采用這種方法,對比研究了STO基和GaN基鐵電薄膜極化反轉過程中疇壁界面運動特性。發(fā)現(xiàn)PZT/SrRuO3/TiO2/GaN外延薄膜的極化反轉以微區(qū)(約1μm)到微區(qū)的“成核-融合”方式進行,而且不同微區(qū)間新疇的成核特征時間和疇壁的運動速度呈彌散分布。這為解釋GaN基鐵電

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論