主题:碳基电子器件及应用

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作者 张志勇 李忠辉 《固体电子学研究与进展》 CAS 2024年第2期184-184,共1页

碳基电子技术被认为是“后摩尔时代的颠覆性技术之一”,以三维金刚石、二维石墨烯和一维碳纳米管等为典型代表的碳基电子材料各具优异特性,给新一代射频、太赫兹、高线性以及光电探测传感等器件领域带来了技术创新甚至变革性应用的希望... 碳基电子技术被认为是“后摩尔时代的颠覆性技术之一”,以三维金刚石、二维石墨烯和一维碳纳米管等为典型代表的碳基电子材料各具优异特性,给新一代射频、太赫兹、高线性以及光电探测传感等器件领域带来了技术创新甚至变革性应用的希望,但是不同碳基材料和器件目前又面临系列的不同技术挑战和难题,远未发挥应有的性能潜力,仍需进一步探索和深入研究,共同寻求突破和解决方案。为探讨碳基电子从材料至芯片层面的关键技术与面临的实际问题,《固体电子学研究与进展》计划开展“碳基电子器件及应用”专题栏目组稿,现向相关专家学者征集该方向的研究论文及展望综述,以促进该领域的技术交流、创新与发展。 展开更多

关键词 固体电子学 专题栏目 性能潜力 碳基材料 光电探测 变革性 技术交流 颠覆性技术

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基于碳纳米管阵列的高响应光电探测器件

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作者 张勇 杨扬 +3 位作者 章灿然 陶晖 王琦龙 李忠辉 《固体电子学研究与进展》 CAS 2024年第2期F0003-F0003,共1页

纳米管(Carbon nanotube,CNT)具有纳米级特征尺寸、独特的一维能带结构、极大的比表面积和多种排布形态,吸收波长覆盖太赫兹至紫外波段,吸收率高;半导体型单壁碳纳米管拥有直接带隙,禁带宽度随手性不同在0.1 eV至1 eV以上均有分布,可实... 纳米管(Carbon nanotube,CNT)具有纳米级特征尺寸、独特的一维能带结构、极大的比表面积和多种排布形态,吸收波长覆盖太赫兹至紫外波段,吸收率高;半导体型单壁碳纳米管拥有直接带隙,禁带宽度随手性不同在0.1 eV至1 eV以上均有分布,可实现室温弹道输运,是构建片上高响应、超宽带、超快可调光电探测器件的新型潜力材料。南京电子器件研究所采用高纯度半导体型碳纳米管阵列材料设计制备了多种红外—光电探测器件,其中叉指型光电探测器件通过缩短电极间距降低渡越时间提高响应速度、构造功函数不同的非对称电极促进光生空穴—电子对分离提高响应度、增加栅控有效调控多数载流子降低暗电流,实现了300 A/W以上的优异响应度,响应时间<30μs。进一步联合东南大学,首次在碳纳米管光电探测器件中引入硅光波导与金属狭缝结构,激发等离激元局域光场增强与耦合,在1550 nm通信波段获得高响应特性,3dB带宽达15GHz。未来通过构建异质结及叠层结构,有望进一步降低暗电流,并开发取向阵列的偏振敏感特性,助力碳基电子学及光电子学的应用发展。 展开更多

关键词 碳纳米管阵列 单壁碳纳米管 多数载流子 光电子学 响应度 渡越时间 叠层结构 等离激元

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碳纳米管射频晶体管及放大器电路研究

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作者 赵亮 杨扬 +7 位作者 霍帅 张勇 陆辉 汪珍胜 钟世昌 唐世军 孔月婵 陈堂胜 《固体电子学研究与进展》 2025年第1期22-27,共6页

基于射频电子器件级碳纳米管阵列材料,研制出具备高增益、高线性特性的射频场效应晶体管,并对其进行了S参数提取、等效电路建模及匹配电路设计,实现了单级碳纳米管射频放大器电路。该电路在9 GHz点频增益达10.9 dB,增益1 dB压缩点处三... 基于射频电子器件级碳纳米管阵列材料,研制出具备高增益、高线性特性的射频场效应晶体管,并对其进行了S参数提取、等效电路建模及匹配电路设计,实现了单级碳纳米管射频放大器电路。该电路在9 GHz点频增益达10.9 dB,增益1 dB压缩点处三阶交调优于-35 dBc。本文首次报道了X波段碳纳米管射频放大器电路,可为碳纳米管射频电子技术的发展提供技术参考。 展开更多

关键词 碳纳米管 射频 放大器

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基于干法转移的柔性碳纳米管射频晶体管器件

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作者 严可 杨扬 +3 位作者 霍帅 张勇 王元 李忠辉 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2022年第3期F0003-F0003,共1页

半导体型碳纳米管(CNT)作为准一维新型材料,兼具高迁移率、高柔性和高导热等特性,具有创新应用潜力,例如可在柔性电子主流衬底材料上实现高性能射频器件,提供信号无线收发功能,填补当前技术空白。南京电子器件研究所针对新兴的碳纳米管... 半导体型碳纳米管(CNT)作为准一维新型材料,兼具高迁移率、高柔性和高导热等特性,具有创新应用潜力,例如可在柔性电子主流衬底材料上实现高性能射频器件,提供信号无线收发功能,填补当前技术空白。南京电子器件研究所针对新兴的碳纳米管薄膜材料,突破低维材料常用的湿法转移方法带来的局限,以避免转移过程中薄膜应力不均匀导致的褶皱、破损以及电学性能严重退化等问题,利用不同材料界面间范德华力的差异,开发了碳纳米管薄膜干法转移方法。 展开更多

关键词 碳纳米管薄膜 低维材料 材料界面 新型材料 准一维 柔性电子 范德华力 衬底材料

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基于DRIE的太赫兹行波管硅基低损耗慢波结构工艺技术研究

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作者 吴杰 杨扬 +9 位作者 刘欣 严可 郑源 冯堃 王政焱 姜理利 黄旼 李忠辉 朱健 陈堂胜 《固体电子学研究与进展》 CAS 2024年第5期369-373,共5页

行波管慢波结构的制造通常采用计算机数字化控制精密机械加工技术。随着工作频率的提升,对慢波结构特征尺寸精度的要求达到微纳米级,导致加工难度大、周期长,成本高昂,一定程度上限制了技术的快速发展。硅基MEMS加工工艺具备优秀的三维... 行波管慢波结构的制造通常采用计算机数字化控制精密机械加工技术。随着工作频率的提升,对慢波结构特征尺寸精度的要求达到微纳米级,导致加工难度大、周期长,成本高昂,一定程度上限制了技术的快速发展。硅基MEMS加工工艺具备优秀的三维形貌可控性,尺寸控制精度高,批次一致性较好。本文针对太赫兹行波管功率源对双槽深折叠波导慢波结构的设计要求,开发了基于硅基底材料的三维集成工艺制造技术。采用光刻胶掩蔽结合介质掩蔽工艺方法,聚焦优化深反应离子刻蚀(Deep reactive ion etching,DRIE)中刻蚀钝化平衡参数,完成了电镀金和金金键合的完整工艺流程开发,实现了工作频率达0.65 THz、单位长度插入损耗低至1.6 dB/mm的高性能硅基太赫兹慢波结构150 mm晶圆级工艺制备,为太赫兹行波管的技术突破和应用发展建立了技术基础。 展开更多

关键词 太赫兹 慢波结构 低损耗 硅基 MEMS 深反应离子刻蚀(DRIE)

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1 A/mm高电流密度金刚石微波功率器件

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作者 谯兵 郁鑫鑫 +3 位作者 李忠辉 陶然 周建军 陈堂胜 《固体电子学研究与进展》 CAS 2024年第1期1-5,共5页

基于自对准栅电极制备技术,研制了具有低导通电阻和高电流密度的氢终端金刚石微波功率器件。采用高功函数金属Au与氢终端金刚石实现了良好的欧姆接触,接触电阻为0.73Ω·mm。得益于较低的源漏串联电阻和低损伤Al2O3栅介质原子层沉... 基于自对准栅电极制备技术,研制了具有低导通电阻和高电流密度的氢终端金刚石微波功率器件。采用高功函数金属Au与氢终端金刚石实现了良好的欧姆接触,接触电阻为0.73Ω·mm。得益于较低的源漏串联电阻和低损伤Al2O3栅介质原子层沉积工艺,金刚石微波器件的导通电阻低至4Ω·mm,饱和电流密度达1.01 A/mm,最大跨导为213 mS/mm,最大振荡频率达58 GHz。研究了该器件在2 GHz和10 GHz频率下连续波功率输出特性,发现在15 V低工作电压下即可分别实现1.56 W/mm和1.12 W/mm的输出功率密度,展现出自对准技术在研制高电流和高输出功率金刚石微波器件上的潜力。 展开更多

关键词 金刚石 自对准技术 高电流密度 微波功率

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石墨烯光电集成技术研究进展

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作者 吴云 曹正义 +2 位作者 陶然 张广琦 李忠辉 《固体电子学研究与进展》 2024年第6期576-584,共9页

石墨烯具有极高的迁移率和光电耦合效率,展示出的光电性能远超硅及其他光电材料,此外石墨烯在异质集成时不受晶格匹配的限制,可同多种材料实现完美兼容,这对面临多材料体系集成挑战的光电集成技术而言,几乎是理想材料。本文聚焦石墨烯... 石墨烯具有极高的迁移率和光电耦合效率,展示出的光电性能远超硅及其他光电材料,此外石墨烯在异质集成时不受晶格匹配的限制,可同多种材料实现完美兼容,这对面临多材料体系集成挑战的光电集成技术而言,几乎是理想材料。本文聚焦石墨烯在光电集成技术方面的优势,回顾了石墨烯在光电探测器、电光调制器方面的研究进展,总结各类器件的优势及存在的缺陷,并就石墨烯在光电集成方面的未来发展进行了展望。 展开更多

关键词 光电集成 微波光子 光通信

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氧化镓射频器件研究进展

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作者 郁鑫鑫 沈睿 +4 位作者 谯兵 李忠辉 叶建东 孔月婵 陈堂胜 《固体电子学研究与进展》 2025年第2期1-11,共11页

氧化镓(Ga_(2)O_(3))是性能优异的超宽禁带半导体材料,不仅临界击穿场强大、饱和速度高,而且具有极高的巴利加优值和约翰逊优值,在功率和射频器件领域具有重要的应用前景。本文聚焦于Ga_(2)O_(3)射频器件,首先介绍了Ga_(2)O_(3)在射频... 氧化镓(Ga_(2)O_(3))是性能优异的超宽禁带半导体材料,不仅临界击穿场强大、饱和速度高,而且具有极高的巴利加优值和约翰逊优值,在功率和射频器件领域具有重要的应用前景。本文聚焦于Ga_(2)O_(3)射频器件,首先介绍了Ga_(2)O_(3)在射频器件领域的优势和面临的挑战,然后综述了近年来Ga_(2)O_(3)射频器件在体掺杂沟道、AlGaO/Ga_(2)O_(3)调制掺杂异质结以及与高导热衬底异质集成方面取得的进展,并对研究结果进行了讨论,最后展望了未来Ga_(2)O_(3)射频器件的发展前景。 展开更多

关键词 氧化镓 超宽禁带 射频器件

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太赫兹GaN SBD外延材料的应力调控及低缺陷密度控制技术研究

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作者 李传皓 李忠辉 +3 位作者 彭大青 王克超 杨乾坤 张东国 《固体电子学研究与进展》 CAS 2024年第5期425-429,共5页

采用金属有机物化学气相沉积(Metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)技术在101.6 mm(4英寸)半绝缘SiC衬底上开展太赫兹用GaN肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode,SBD)外延材料应力演进及缺陷密度控制的研究。提出了一种... 采用金属有机物化学气相沉积(Metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)技术在101.6 mm(4英寸)半绝缘SiC衬底上开展太赫兹用GaN肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode,SBD)外延材料应力演进及缺陷密度控制的研究。提出了一种基于AlGaN过渡层的应力调控方案,实现了外延材料的应力调控;采用低温脉冲式掺杂技术生长n+-GaN层,降低了外延材料的缺陷密度,提升了晶体质量。研制的101.6 mm GaN SBD外延材料的弯曲度(Bow)/翘曲度(Warp)为-12/18μm,(002)/(102)面半高宽为148/239 arcsec,方阻9.2Ω/□,方阻片内不均匀性1.1%,并基于自研材料实现了截止频率为1.12 THz的GaN SBD器件的研制。 展开更多

关键词 氮化镓 外延材料 太赫兹 应力调控 低缺陷密度

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不同沉积温度Al_(2)O_(3)栅介质金刚石MOSFET器件研究

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作者 谯兵 郁鑫鑫 +3 位作者 何适 陶然 李忠辉 陈堂胜 《固体电子学研究与进展》 2024年第6期552-555,602,共5页

采用原子层沉积(Atomic layer deposition,ALD)技术,在(001)晶面的单晶金刚石衬底上制备了不同沉积温度Al_(2)O_(3)栅介质的氢终端金刚石MOSFET器件。在200℃下沉积Al_(2)O_(3)栅介质的器件的饱和电流密度为291 mA/mm,当沉积温度升高至... 采用原子层沉积(Atomic layer deposition,ALD)技术,在(001)晶面的单晶金刚石衬底上制备了不同沉积温度Al_(2)O_(3)栅介质的氢终端金刚石MOSFET器件。在200℃下沉积Al_(2)O_(3)栅介质的器件的饱和电流密度为291 mA/mm,当沉积温度升高至300℃时,器件的饱和电流密度大幅度提高至504 mA/mm,提高了73%。同时,升高沉积温度后,器件还具有更低的导通电阻、更高的跨导和更大的阈值电压,表明该器件具有更高的载流子浓度,这与300℃下沉积的Al_(2)O_(3)中具有更多的负电荷有关。对两种器件的小信号特性进行了研究,发现将ALD Al_(2)O_(3)的沉积温度从200℃升高至300℃后,器件的截止频率f_(T)和最大振荡频率f_(max)也得到了提升,表明采用高温ALD Al_(2)O_(3)沉积技术可以显著提升金刚石MOSFET器件的电流密度和频率性能。 展开更多

关键词 金刚石 原子层沉积 氧化铝 温度

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少层氮化硼的生长机理及技术研究 被引量：1

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作者 李传皓 李忠辉 +4 位作者 彭大青 张东国 杨乾坤 潘传奇 沈睿 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2022年第6期510-514,520,共6页

采用MOCVD技术在50.8 mm(2英寸)蓝宝石衬底上开展氮化硼(BN)材料的外延生长研究。基于Ⅴ/Ⅲ族源的同时输运工艺,探究了无序岛状、生长自终止及二维层状等三种BN生长模式的外延机理,并实现了5-6层原子厚的二维BN材料的制备。同时,提出了... 采用MOCVD技术在50.8 mm(2英寸)蓝宝石衬底上开展氮化硼(BN)材料的外延生长研究。基于Ⅴ/Ⅲ族源的同时输运工艺,探究了无序岛状、生长自终止及二维层状等三种BN生长模式的外延机理,并实现了5-6层原子厚的二维BN材料的制备。同时,提出了一种Ⅴ/Ⅲ族源的同时输运及分时输运相结合的外延生长工艺,显著提升了二维BN材料质量,其中1μm×1μm表面粗糙度Ra为0.10 nm,光学带隙宽度为5.77 eV,拉曼E2g模式的半高宽为60.7 cm^(-1)。 展开更多

关键词 氮化硼 外延生长 少层材料 蓝宝石衬底 结晶质量提升

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碟形天线耦合的CVD石墨烯室温太赫兹探测器 被引量：1

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作者 魏仲夏 吴云 +2 位作者 曹正义 陶然 李忠辉 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2022年第6期456-460,共5页

基于本征高迁移率、无能隙光谱以及非特征频率吸收的特性,石墨烯在太赫兹频段的调制器和探测器应用被予以厚望。制备了碟形天线耦合的CVD石墨烯场效应晶体管太赫兹探测器,实现了室温的高灵敏太赫兹探测。采用Au膜辅助转移技术屏蔽了有... 基于本征高迁移率、无能隙光谱以及非特征频率吸收的特性,石墨烯在太赫兹频段的调制器和探测器应用被予以厚望。制备了碟形天线耦合的CVD石墨烯场效应晶体管太赫兹探测器,实现了室温的高灵敏太赫兹探测。采用Au膜辅助转移技术屏蔽了有机物对石墨烯的沾污,配合自对准工艺控制了栅源间寄生效应,石墨烯器件场效应迁移率达7000 cm^(2)/(V·s),且在室温下表现出较高的太赫兹探测灵敏度,0.3 THz频率下器件的电压响应率为50 V/W,噪声等效功率为58 pW/Hz0.5。 展开更多

关键词 太赫兹探测器 石墨烯 场效应晶体管

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