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晶格失配最新视觉报道_什么叫晶格失配(2024年11月全程跟踪)

内容来源：麦吉窗影视所属栏目：热点更新日期：2024-11-28

晶格失配

用于光电器件的CMOS兼容(001) Si衬底上的III-V纳米结构生成 ? 前言：如今，使用纵横比捕获（ART）法在CMOS兼容的（001）Si衬底上生成III-V纳米结构，已成为开发高性能光电器件的一种主流方法，这次我们深入研究了(001) Si上异质外延III-V族化合物的重要性、晶格失配带来的挑战以及ART方法卓越的缺陷捕获能力，最后我们还尝试使用两种关键的III-V材料（GaAs和InP）在硅基板上制造纳米级电子电路和纳米激光阵列。 ? 在开始实验之前，我们不妨先了解一下III-V族材料。 ? 微电子行业的持续发展，很大程度上是由硅基金属氧化半导体MOSFET尺寸的缩小推动的，然而，由于存在功耗过高和断态漏电流的不良事件，硅基晶体管的尺寸缩小面临着瓶颈期的尴尬境地，这时，III-V族材料（例如GaAs和InP）在Si衬底上的集成提供了更高的载流子迁移率和优异的电子/空穴传输特性，使其成为下一代微处理器和光电器件的潜在备选者。 ? 接下来，我们将用实验来验证III-V族材料的实用性，从而能够在 (001) Si 衬底上生产纳米级 GaAs/InGaAs 鳍片阵列并制造高性能隧道二极管。 ? 实验过程从同轴(001) Si衬底开始，沿[110]方向用160 nm厚的SiO2切开，在材料生成之前，一定要保证硅衬底经过标准 RCA-1 清洁工艺，目的是为了去除任何有机残留物，然后再进行10秒的高频浸洗，以消除暴露在硅表面的天然氧化物。 ? 随后我们使用45% KOH在70Ⰳ的高温下进行各向异性湿法蚀刻15秒，形成具有两个Si (111) 凹面的V形槽袋，然后短暂浸入盐酸溶液(HCl:H2O = 1:10)可去除KOH蚀刻中的副产物，之后将基材用氮气吹干，干燥后装入反应器进行材料生成。 ? 下一个步骤是外延生成，它是在带有卧式反应器（AIXTRON 200/4）的金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统中进行的。 ? 我们使用氢气(H2)作为载气，三乙基镓(TEGa)和三甲基铟(TMIn)作为III族前体，叔丁基胂(TBA)作为V族前体，该生成结构涉及两步工艺，需要先在 400Ⰳ 下生成低温 (LT) GaAs 成核层，然后在 600Ⰳ 下生成高温 (HT) GaAs/InGaAs 主层。 ? 在材料沉积之前，我们还要把材料放置在800Ⰳ的高温氢气环境中进行15分钟的原位热清洗工艺，以解吸Si表面剩余的氧化物，为了实现多峰隧道二极管，我们需要占据不同鳍的各个隧道二极管通过SiO2间隔物进行电隔离。 ? 第三个步骤是评估Si衬底上的GaAs/InGaAs鳍式阵列隧道二极管，为了评估材料质量，我们需要使用硅作为n型掺杂剂，使用锌或碳作为p型掺杂剂，电子和空穴浓度则是根据平面校准晶圆上的霍尔测量确定的。 ? 通过在p-GaAs层和n-GaAs层之间引入掺杂的GaAs中间层或InGaAs中间层，来调整隧道二极管的结结构，因为隧道二极管器件是通过一系列光刻、蚀刻和金属沉积步骤制造的。 ? 最后一个步骤是进行实验结果的评估，实验所制造的GaAs/InGaAs 鳍片阵列隧道二极管表现出了优异的材料质量，仪器上室温NDR区域和良好的PVCR值就证明了这一点，而通过片上互连成功实现双峰隧道二极管，则进一步凸显了(001)Si平台上III-V族材料的多功能性和应用潜力。 ? 结论：在Si衬底上成功生成GaAs/InGaAs鳍片阵列隧道二极管，代表着我们朝着实现超快和低功耗逻辑电路又迈出的重要一步，面内鳍阵列的使用、材料质量的优化以及通过片上互连实现双峰隧道二极管，证明了(001) Si平台上III-V族材料的极强可塑性和实用性，这一突破为先进纳米电子学的发展铺平了道路，并为现代技术的发展提供了广阔的前景。 ? 值得一提的是，尽管实验研究取得了重大进展，但在Si衬底上的 GaAs/InGaAs 鳍片阵列隧道二极管领域仍然存在一些不可忽视的挑战，比如，随着电子器件“高能低功耗”的需求不断增大，材料质量、缩放和集成、功率效率和散热等关键性能还需要的进一步优化，这些性能对于突破超高速和低功耗逻辑电路的界限至关重要。 ? 除了上述问题，探索光电探测器和激光器等其他 III-V 纳米电子器件的集成，并确保它们与现有 CMOS 技术的兼容性对于III-V 族纳米材料的商业化和广泛应用至关重要。 ? 不过有挑战就意味着机遇的出现，我们完全可以期待，III-V族材料与硅衬底的集成将为半导体行业的革命带来巨大希望，未来通过不断的研究和创新，GaAs/InGaAs 鳍片阵列隧道二极管和其他 III-V 纳米电子器件有潜力实现更加先进的电子应用，甚至改变现代技术的面貌，为电子领域塑造更光明的未来。

王科 | 突破光与电的冒险之旅

多层石墨烯/外延硅近红外自淬灭雪崩光电探测器（APD）

氮化镓是什么氮化镓（GaN）是一种无机物，化学式为GaN，是氮和镓的化合物，属于宽禁带半导体材料。简单来说，它就是半导体界的一颗新星，以其独特的性质和广泛的应用前景，正在逐渐改变我们的生活。𐟒ኊ1. 独特的物理性质氮化镓具有宽禁带宽度（约3.4eV）、高熔点（约1700℃）、高硬度、低密度和良好的化学稳定性等特点。这些特性使得氮化镓在高温、高压和高频领域具有优异的性能。我记得在一次科技展览上，就看到了用氮化镓制作的功率晶体管，它们能在极端条件下稳定工作，真是令人惊叹！𐟔劊2. 光电领域的应用氮化镓在光电领域的应用尤为突出。它是制造高亮度LED和激光器的理想材料。比如我们常见的蓝光LED，很多就是基于氮化镓制作的。这些LED不仅亮度高、寿命长，而且能耗低，已经广泛应用于照明、显示等领域。我家里的LED灯就是氮化镓LED，用起来确实比以前的灯泡亮多了，还更省电！𐟒ኊ3. 电力电子器件的革新在电力电子领域，氮化镓也发挥着重要作用。与传统硅基电力电子器件相比，氮化镓电力电子器件具有更高的工作频率和更低的能耗。这意味着在电力转换和电能质量管理方面，氮化镓器件能带来更高的效率和更小的体积。比如，我现在用的氮化镓充电器，体积小巧，充电速度却飞快，这就是氮化镓技术的功劳！𐟔Œ 4. 微波通信领域的明星氮化镓在微波通信领域也有着广泛的应用。由于其具有高电子迁移率和宽禁带等特性，氮化镓成为了制造高功率和高频率微波通信器件的理想材料。在卫星通信和5G移动通信中，氮化镓功率放大器可以提高信号的传输质量和稳定性。每次我用手机流畅地看视频、打电话，背后可能就有氮化镓技术的支持呢！𐟓𑊊5. 国防科技领域的重要材料氮化镓在国防科技领域也有着广泛的应用。它可以用于制造高功率激光武器和高精度雷达等军事设备。这些设备需要在高强度、高频率的环境下稳定工作，而氮化镓正好能满足这些需求。虽然我没有亲身体验过这些高科技产品，但想想就觉得很酷！𐟛᯸ 6. 衬底材料的选择与挑战在氮化镓器件的制造过程中，衬底材料的选择非常关键。目前常用的衬底材料有硅（Si）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）自支撑衬底和蓝宝石等。每种材料都有其独特的优点和缺点，比如硅衬底成本低，但可能与氮化镓存在晶格失配问题；碳化硅衬底性能优异，但成本较高。因此，在选择衬底材料时，需要综合考虑性能、成本和制造工艺等因素。𐟔슊7. 未来发展前景随着技术的不断进步和市场需求的增加，氮化镓的应用领域还将不断扩大。比如在高温超导材料、生物医学领域和能带工程等方面，氮化镓都有着巨大的发展潜力。我相信在不久的将来，氮化镓将会给我们的生活带来更多惊喜和便利！𐟚€ 总的来说，氮化镓是一种非常神奇的半导体材料，它的独特性质和广泛应用正在逐渐改变我们的生活。无论是光电领域、电力电子领域还是微波通信领域，氮化镓都发挥着重要作用。让我们一起期待氮化镓技术在未来带给我们更多惊喜吧！✨ #搜索话题MCN合作计划#

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