北京工业大学 光电子教育部重点实验室, 北京 100124
利用GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅控特性和铁电体的光伏效应机制, 制备了一种新型(光敏感层/HEMT)光探测器件。主要研究了复合薄膜和溅射气氛对光敏感薄膜的光伏性能以及对新型感光栅极探测器的光探测能力的影响。结果表明, PZT/ZnO复合薄膜的量子效率峰值达到14.55%; 有氧氛围下制备的PZT薄膜剩余极化强度达到52.31μC/cm2; 沉积PZT/ZnO复合薄膜的探测器在紫外光照下相比于暗场下的源漏饱和电流最多增加12.64mA。可见, 所制备的新型探测器对紫外光具有优良的探测能力, 为光探测的研究提供了新的方向。
氮化镓 铁电体 光伏效应 紫外光 光探测器 GaN ferroelectric photovoltaic effect ultraviolet light photodetector
1 北京工业大学 光电子技术教育部重点实验室, 北京 100124
2 中国移动通信集团广东有限公司 惠州分公司, 广东 惠州 516000
铁电材料作为感光功能薄膜的红外器件研究近年来十分活跃, 其良好的压电、铁电、热释电、光电及非线性光学特性以及能够与半导体工艺相集成等特点, 在微电子和光电子技术领域有着广阔的应用前景。实验将铁电材料锆钛酸铅作为感光层与GaN 基高电子迁移率晶体管（HEMT)相结合, 成功地制备出了感光栅极GaN基HEMT器件, 并在波长为365 nm的光照下进行探测, 经大量实验测试后发现器件在该波段的光照下饱和电流达到28 mA, 相比无光照时饱和电流提高12 mA。另外, 通过合理改变器件结构尺寸, 包括器件栅长以及栅漏间距, 发现随着栅长的增大, 器件的饱和输出电流依次减小, 而栅漏间距的变化对阈值电压以及饱和电流的影响并不大。由此可知, 改变器件结构参数可以达到提高器件性能的目的并且可以提高探测效率。
高电子迁移率晶体管 感光栅极 器件结构 光伏效应 high electron mobility transistor photo gate device structure photovoltaic effect
北京工业大学 光电子技术教育部重点实验室, 北京100124
GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有异质结界面处的高二维电子气(2DEG)浓度、宽禁带、高击穿电压、稳定的化学性质以及高的电子迁移率, 这些特性使它发展起来的传感器件在灵敏度、响应速度、探测面、适应恶劣环境上具备了显著的优点。本文首先围绕GaN基HEMT的基本结构发展起来的两类研究成熟的传感器, 对其结构、工作机理、工作进展以及优缺点进行了探讨与总结; 而后, 着重从改变器件材料及优化栅结构与栅上材料的角度, 阐述了3种GaN基HEMT新型传感器的最新进展, 其中, 从材料体系、关键工艺、探测结构、原理及新机理方面重点介绍了GaN基HEMT光探测器; 最后, 探索了GaN基HEMT传感器件未来的发展方向。
AlGaN/GaN异质结 GaN基HEMT传感器 栅结构 光探测器 AlGaN/GaN heterojunction 2DEG 2DEG GaN-based HEMT sensor gate structure photodetector
1 北京工业大学 北京光电子技术实验室, 北京 100124
2 电子科技大学 中山学院 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 中山 528400
为了深入研究氮化镓薄膜的压电效应和机械特性, 基于气体直接吸收红外辐射的原理, 将基于氮化镓悬空隔膜的充气微腔红外传感器项目作为背景, 以氮化镓/铝镓氮薄膜作为敏感单元, 在材料力学以及压电效应方面, 采用有限元分析软件ANSYS 14.0进行了理论分析和验证, 取得了薄膜形状、厚度和面积等尺寸与压电薄膜输出电压以及薄膜灵敏度的逻辑关系数据, 验证了薄膜力-电信号转换机制可行性。结果表明, GaN薄膜材料具有良好的压电特性以及线性度, 有助于对探测器输出信号进行准确的预测, 并进行温度补偿, 突出GaN材料在应用中的优势。此研究对设计性能良好、灵敏度高的微腔红外传感器是有帮助的。
薄膜 输出电压 机械应力 压电效应 thin films output voltage ANSYS 14.0 ANSYS 14.0 mechanical force piezoelectic effect
1 北京工业大学电控学院 光电子技术实验室,北京100124
2 电子科技大学中山学院 电子薄膜与集成器件国家重点实验室中山分实验室,广东 中山528402
研究了多层Ti/Al结构电极对GaN/AlGaN HEMT欧姆接触特性及表面形态的影响。采用传输线模型对各结构电极的比接触电阻率进行了测量，采用扫描电子显微镜对电极表面形态进行扫描。实验结果显示，在同样的退火条件下，随着Ti/Al层数的增加，比接触电阻率逐渐减小，表面形态趋于光滑；降低Ti/Al层的厚度会加剧Au向内扩散而增加比接触电阻率，但能稍微改善表面形态；Ti比例过高会影响TiN的形成导致比接触电阻率增加，但能明显改善表面形态。
高电子迁移率晶体管 欧姆接触 退火 比接触电阻率 high electron mobility transistor Ohmic contact annealing specific contact resistance
1 北京工业大学电子信息与控制工程学院 光电子技术实验室,北京100124
2 电子科技大学中山学院 电子薄膜与集成器件国家重点实验室中山分实验室,广东 中山528402
GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有大的禁带宽度、高电子饱和速度、异质结界面的高二维电子气浓度、高击穿电压以及高的热导率，这一系列特性使它在高频、高功率、高温等领域得到了广泛的认可。本文首先论述了制约氮化镓高电子迁移率晶体管器件性能提高所遇到的问题及解决方法；然后，着重从优化材料结构设计和器件结构设计的角度，阐述了氮化镓高电子迁移率晶体管器件在高频高功率领域的最新研究进展；最后，讨论了器件进一步发展的方向。
高电子迁移率晶体管 氮化镓 高频 结构设计 high electron mobility transistor GaN high-frequency structural design
1 北京工业大学 北京光电子技术实验室, 北京100124
2 中国联通北京分公司 网管中心网络分析调度中心, 北京100029
在制备串联高压LED阵列工艺中, ICP刻蚀工艺引起的漏电与断路问题是高压LED电流输运特性中的核心问题。本文着重从刻蚀深度、掩模材料以及隔离槽制备方面分析了ICP刻蚀工艺对高压LED的漏电、电极开路等电流输运问题的影响。通过随机抽取样品进行电学测试并结合SEM观测, 对比了不同工艺过程, 得出ICP工艺是导致串联高压LED阵列中可靠性问题的主要原因。并通过优选ICP刻蚀工艺, 使高压LED电流输运特性得以改善, 制备出～12 V的四串联高压LED阵列器件。
氮化镓 高压LED 电流输运 GaN high-vlotage LED current transport properties
北京工业大学 光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京 100124
电流阻挡层(CBL)可以改善发光二极管(LED)的发光效率和输出光功率, 其形状对电流的阻挡作用有影响。本文通过等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在InGaN/GaN多量子阱外延片上制备了SiO2薄膜, 并腐蚀出不同结构作为电流阻挡层: A组形状与P电极形状相同, B组为Y形CBL, C组为点状CBL。通过对这3组芯片与常规芯片的对比, 发现加入CBL对小功率LED的电压特性影响比较小, 并且电流阻挡层形状与金属电极形状相同时对光效的提高最大, 可以提高14.6％。
发光二极管(LED) 电流阻挡层(CBL) 光效 light-emitting diodes(LEDs) current blocking layer(CBL) luminous efficacy
北京工业大学 北京光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京 100124
对GaN基蓝光发光二极管(LED)分别施加-400, -800, -1 200, -1 500 V的反向人体模式静电打击,每次静电打击后, 测量LED样品电学参数和光学参数的变化, 从理论上分析了静电对LED可靠性的影响。实验发现: 对GaN基蓝光LED进行人体模式下的静电打击后, 其I-V特性曲线发生变形, 光通量减小, 老化时性能衰减的速率加快, 这是由于受静电打击后在LED芯片内部产生了二次缺陷和熔融通道。对LED在不同温度下进行了I-V特性曲线的测量。实验结论认为未受静电打击的LED中浅能级离化占主导地位, 受静电打击的LED中深能级离化占主导地位。静电引起的失效机理可以概述为二次缺陷和熔融通道的产生、深浅能级载流子的运动和辐射复合、非辐射复合之间的转变等因素引起的LED性能退化。
静电 可靠性 LED LED electrostatic reliability
