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半导体学报2019年第2期

已有 3594 次阅读 2019-3-11 22:28 |系统分类:论文交流

1. 金纳米粒子修饰的三维分层CuO气体传感器

随着“工业4.0”和“中国制造2025”的提出，以物联网技术为主体的智能化产业链正在兴起。传感器技术作为物联网的关键技术之一，在数据获取、数据传输和数据处理的链条中扮演着举足轻重的角色，传感器技术的发展水平会在一定程度上影响物联网技术的发展。

气体传感器作为传感领域的一员，在气体监测领域发挥着重要作用。气体传感器在过去的几十年时间里已经取得了一定的进展，形成了以N型金属氧化物半导体材料为主要气敏材料的研究和应用格局，对P型气敏材料的研究仅约占12%左右。但是N型金属氧化物半导体材料大多表现出极低的电导率，器件阻值很高，对噪声非常敏感。此外，气体传感器对气体的选择性不高一直是亟待解决的问题。

兰州大学物理科学与技术学院李海蓉教授课题组选用较低电阻率的P型金属氧化物半导体CuO作为研究主体，合成了三维纳米CuO，用不同浓度的Au纳米颗粒对其表面进行修饰，有效的增强了器件对乙醇气体的响应度，与此同时还降低了器件对甲醇等其他有机气体的响应度，从而有效的改善了器件的选择性。

通常认为提高气体传感器的性能就是要提高器件对所有气体的响应度，但是在提高器件对某一种气体的响应度的同时如果能降低器件对其他气体的响应度，客观上会有效的改善器件的选择性。本实验可以为气体传感器选择性的改善提供一种新思路。

气体传感器在160 oC时对各种测试气体的响应度

Three-dimensional hierarchical CuO gas sensor modified by Au nanoparticles

Qi Lei, Hairong Li, Huan Zhang, Jianan Wang, Wenhao Fan and Lina Cai

J. Semicond. 2019, 40(2), 022101

doi: 10.1088/1674-4926/40/2/022101

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2. 0.13μm射频SOI工艺中的高性能射频开关

智能手机作为现代手持智能设备中不可缺少的一环，我们的生活、学习也越来越依赖它，几乎可以说现代生活中的每个人都离不开手机，当然在带给人们极大的便利的同时对其自身的各项性能指标也就提出了更高的要求。因此，为了保证智能手机在应用时能够带给用户更好的体验，其内部所涉及的发射接收系统就需要更快的对信号作出反应从而达到更快的接受和发射信号。

西安电子科技大学微电子学院关鸿教授通过对智能手机内收发系统中的射频开关进行改进优化，全面的对基于RF SOI 工艺生产的一种射频开关的各项性能指标进行分析测试，基于相关性能参数对比国内外相关研究设计，从而使得该射频开关的性能大大改善，可以广泛的应用于4G以及即将到来的5G通信系统中。

射频开关芯片照片

High-performance RF Switch in 0.13 μm RF SOI process

Hong Guan, Hao Sun, Junlin Bao, Zhipeng Wang, Shuguang Zhou and Hongwei Zhu

J. Semicond. 2019, 40(2), 022401

doi: 10.1088/1674-4926/40/2/022401

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3. 圆形氧化物TFT高性能有源图像传感器像素设计

大连理工大学国际教育学院耿瑞教授报道了一种利用圆形结构的非晶铟镓锌氧化物（A-IGZO）薄膜晶体管（TFT）设计的高性能有源图像传感器。通常将内电极作为源极，外电极作为漏极的TFT器件会表现出良好的饱和电学特性。在这种情况下，尽管漏极电压变化，器件仍具有恒定的驱动电流。由于这种圆形非对称TFT结构具有很高的输出电阻，因此本文考虑的常见漏极像素电路的工作增益会比矩形a-IGZO TFT器件的像素电路工作增益更高。本文所述TFT器件可用于驱动有源图像传感器电路。因此，这种器件在医疗诊断等领域中的数字X射线探测器等方面有很好的前景。

圆形a-IGZO TFT的（a）传输（IDS–VGS）和（b）输出（IDS–VDS）特性的典型测量结果，且该结构的内电极为源，外电极为漏（嵌入图为矩形TFT的典型输出特性）

High performance active image sensor pixel design with circular structure oxide TFT

Rui Geng , Yuxin Gong

J. Semicond. 2019, 40(2), 022402

doi: 10.1088/1674-4926/40/2/022402

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4. 迁移率对铟镓氧化锌薄膜晶体管的有机发光二极管像素电路的影响

近年来，铟镓氧化锌薄膜晶体管（TFT）的快速发展，其有望成为下一代平板显示器的主流技术。IGZO薄膜晶体管具有迁移率较高、可靠性好、均匀性好等优点，适用于像素电路、驱动电路和显示面板上的传感电路。在先前的研究中，IGZO TFT主要被应用到大尺寸的有机发光二极管（AMOLED）、大尺寸的液晶显示器（LCD）中。众所周知，目前手机上的AMOLED显示器主要由低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS-TFT）来实现。也许在不久的将来，手机上的AMOLED显示器可能由低温多晶硅-金属氧化物混合TFT（LTPO TFT）来实现（苹果公司的专利技术）。那么手机上的AMOLED显示器能否完全地采用IGZO TFT技术去实现？这问题的答案尚不得而知。

与LTPS TFT相比，IGZO TFT的主要缺点是迁移率较低。由于驱动晶体管对驱动能力和稳定性的要求远高于开关晶体管，对于手机AMOLED显示器而言，IGZO TFT的迁移率可能不够。此外，IGZO薄膜晶体管在长时间工作后，也容易出现性能下降，这就要求较复杂的像素电路来补偿TFT的性能退化。而另一个方面，与LTPS TFT相比，IGZO TFT的主要优势在于其大面积制备的成本很低。因此，如果能够找到一种适合用IGZO TFT实现的AMOLED像素电路，这将极大地有利于手机AMOLED屏的大规模商用。

近年来，人们研究了很多新的高性能金属氧化物TFT的制备技术及材料技术。由于采用了双栅极、垂直通道和双有源层等新颖的器件结构，IGZO TFT表现出很高的迁移率。但迄今为止，关于迁移率对IGZO TFT的AMOLED像素电路的影响还很少人讨论。先前，Arokia Nathan等人证明了，迁移率对非晶硅TFT AMOLED分辨率几乎没有影响。有趣的是，非晶态硅TFT（典型迁移率0.3cm²v^-1s^-1）也能够实现AMOLED显示。看起来，TFT的迁移率不是AMOLED显示实现的限制因素。然而，与Nathan的结论相反，LG的Jang等人最近的研究表明，AMOLED显示器的补偿效果很大程度上取决于器件的迁移率。Jang等人的结果表明，为了准确提取阈值电压的漂移，TFT的迁移率要求高于30 cm²v^-1s^-1。因此，迁移率对AMOLED显示器的实现究竟有何影响？

北京大学深圳研究生院廖聪维博士研究了迁移率对IGZO TFT的AMOLED像素电路性能的影响。提取和研究了IGZO TFT有效迁移率和电压的关系。在迁移率模型的基础上，研究了一种典型的由5个晶体管和1个电容组成的AMOLED像素，并给出了新的驱动时序图。此外，还给出了像素电路性能与迁移率之间的关系。结果表明，由于源跟随器结构与OLED阳极之间能够较好地隔离，本文所提出的AMOLED像素电路的补偿性能几乎独立于IGZO TFT的迁移率，迁移率大于5 cm²v^-1s^-1就能获得较好的补偿效果。但是迁移率的进一步提高能够减少像素电路的存储电容面积，从而提高AMOLED的分辨率。本文的研究方法和结果对设计新型的高性能金属氧化物薄膜晶体管的AMOLED显示屏具有一定的参考价值。

IGZO TFT集成的AMOLED(a)像素电路结构和(b)时序图

Mobility impact on compensation performance of AMOLED pixel circuit using IGZO TFTs

Congwei Liao

J. Semicond. 2019, 40(2), 022403

doi: 10.1088/1674-4926/40/2/022403

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5. 氮化镓基蓝紫光激光器的研究进展

氮化镓（GaN）基材料是继硅、砷化镓之后的第三代半导体，其禁带宽度范围为0.7−6.2 eV，在光电子和微电子领域具有广泛的应用前景和研究价值。GaN基激光器作为具有体积小、效率高、寿命长和响应速度快等优点，可用于微型投影、激光电视、激光照明、紫外固化等军用及民用领域有，是今国际学术界和产业界的研究热点。

中科院半导体所赵德刚教授课题组在解决p型欧姆接触难题、采用新型的激光器结构的基础上，成功制备了高性能的GaN基蓝紫光激光器：室温下，阈值电流密度为1.46 kA/cm²，阈值电压仅为4.1 V；在800 mA注入电流下，激光器连续激射寿命超过1000小时。

GaN基蓝紫光激光器的激射谱和寿命检测曲线

Room-temperature continuous-wave operation of GaN-based blue-violet laser diodes with a lifetime longer than 1000 h

Feng Liang, Jing Yang, Degang Zhao, Zongshun Liu, Jianjun Zhu, Ping Chen, Desheng Jiang, Yongsheng Shi, Hai Wang, Lihong Duan, Liqun Zhang and Hui Yang

J. Semicond. 2019, 40(2), 022801

doi: 10.1088/1674-4926/40/2/022801

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6. AlGaN/AlN/GaN/AlGaN HEMTs对陷阱响应的二维研究

阿尔及利亚穆罕默德希德大学N. Sengouga教授研究了GaN沟道陷阱和温度对Si（111）基片上AlGaN/AlN/GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管（HEMTS）性能的影响。利用Silvaco TCAD模拟器对不同的漏极和栅极电压进行了二维模拟，结果表明，沟道中类受主陷阱对器件的直流和射频特性有显著影响。研究发现，导带下的深受主浓度对晶体管的性能有很显著的影响。但类施主陷阱则不会产生这些影响。对器件施加不同的脉冲宽度、温度和偏压，结果表明温度越高、脉冲宽度越宽，陷阱的离化程度越高。这种现象会降低漏电流，从而降低晶体管的直流特性。此外，晶体管的钝化也会对其性能产生有益的影响。

本文模拟使用的AlGaN/AlN/GaN/AlGaN HEMT结构横截面

2D study of AlGaN/AlN/GaN/AlGaN HEMTs’ response to traps

A. Hezabra, N. A. Abdeslam, N. Sengouga and M. C. E. Yagoub

J. Semicond. 2019, 40(2), 022802

doi: 10.1088/1674-4926/40/2/022802

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7. 基于粒子群优化的二氧化钛带隙特征支持向量回归模型的建立

二氧化钛（TiO₂）半导体的带隙在半导体的许多实际应用中起着重要作用，且决定了其在紫外吸收、颜料、光催化、污染控制系统和太阳能电池等技术和工业应用中的适用性。将杂质原子代入晶体晶格结构替换原来的原子是调整TiO₂带隙以使其适用于特定应用领域的最常用的方法，同时这种方法也会导致晶格畸变。尼日利亚Adekunle Ajasin 大学Taoreed O. Owolabi教授首次将粒子群优化算法（PSO）与支持向量回归（SVR）算法相结合，建立了PSO-SVR模型，并利用晶格结构中的畸变来估计掺杂二氧化钛的带隙值。通过利用模型对钴硫共掺杂、镍碘共掺杂、钨和铟掺杂对二氧化钛带隙影响的估算，进一步证明了本文建立的PSO-SVR模型的精度和准确性，且所得结果与实验结果有很好的一致性。该PSO-SVR模型的实际应用将进一步拓宽半导体的应用范围，降低二氧化钛带隙测定中的实验影响。

使用改进PSO-SVR模型对钴硫共掺杂对二氧化钛带隙产生的影响的模拟结果

Development of a particle swarm optimization based support vector regression model for titanium dioxide band gap characterization

Taoreed O. Owolabi

J. Semicond. 2019, 40(2), 022803

doi: 10.1088/1674-4926/40/2/022803

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8. 热退火γ辐照Ni/4H SiC肖特基势垒二极管特性

印度 IIT Tirupati电子工程N. V. L. Narasimha Murty教授分析了在较宽温度范围（400-1100°C）下，热退火对γ辐照Ni/4H SiC肖特基势垒二极管（SBD）特性的影响。利用热激电容（TSCAP）识别了SBD中退火诱导的深能级陷阱浓度变化。在600°C的退火温度下，E_C–0.63 eV和E_C–1.13 eV位置处的陷阱密度略有下降。然而，E_C–0.89 eV处的伽马诱导陷阱在经过500°C退火后消失，该现象表明其浓度（<10¹³ cm⁻³）已经减小至低于TSCAP技术的检测极限。每一个退火温度下经过辐照的SBD器件其电学特性都发生了很大的变化。为了了解退火后器件特性的异常变化，本文研究了退火SBD器件中的界面态密度分布特点。而在400℃退火温度下，由于界面陷阱密度降低，器件的电学性能得以改善。然而，在 500℃及以上温度开始，由于界面陷阱密度增加，导致器件的电学参数随着退火温度升高而降低。最终，从结果中可以看出，SBD器件的校正性质在800℃及以上退火温度下会消失。