用分子束外延技术将高灵敏度的InAs/AlSb量子阱结构的Hall器件赝配生长在GaAs衬底上。设计了由双δ掺杂构成的Hall器件的新结构, 有效地提高了器件的面电子浓度。与传统的没有掺杂的InAs/AlSb量子阱结构的Hall器件相比, 室温下器件电子迁移率从15 000 cm2·V-1·s-1 提高到16 000 cm2·V-1·s-1。AFM测试表明材料有好的表面形态和结晶质量。从77 K 到300 K对Hall器件进行霍尔测试, 结果显示器件不同温度范围有不同散射机构。双δ掺杂结构形成高灵敏度、高二维电子气(2DEG)浓度的InAs/AlSb异质结Hall器件具有广阔的应用前景。

用分子束外延在GaAs (001)衬底上生长了两个量子阱结构的霍尔器件, 一个是没有掺杂的量子阱结构, 一个是Si-δ掺杂的量子阱结构。研究了霍尔器件的面电子浓度和电子迁移率与温度的关系。结果表明, 在300 K下, Si-δ掺杂的量子阱结构的电子迁移率高达25 000 cm2·V-1·s-1, 并且该器件输入电阻和输出电阻较低。同时, Si-δ掺杂的量子阱结构霍尔器件的敏感度好于没有掺杂的量子阱结构霍尔器件。

研究位错的电学特性对于研究器件可靠性具有重要意义。文章利用拉曼散射技术在室温条件下研究了n型4H-SiC材料中位错电学特性。结果表明: 螺型位错(TSD)、刃型位错(TED)的电子浓度均高于无位错区, 且TSD电子浓度高于TED。结合位错结构分析认为: TED中心的半原子面存在不饱和Si键, 该键通过吸附电子使其饱和并达到稳定状态, 因此TED中心俘获了比无位错区更多的电子; TSD结构中, 位错区域原子间的拉应力导致该区域Si原子电负性增高, 因而俘获电子形成比无位错区高的电子分布。

利用拉曼散射技术对N型4H-SiC单晶材料进行了30～300 K温度范围的光谱测量。 实验结果表明, 随着温度的升高, N型4H-SiC单晶材料的拉曼峰峰位向低波数方向移动, 峰宽逐渐增宽。 分析认为, 晶格振动随着温度的升高而随之加剧, 其振动恢复力会逐渐减小, 使振动频率降低； 原子相对运动会随温度的升高而加剧, 使得原子之间及晶胞之间的相互作用减弱, 致使声学模和光学模皆出现红移现象。 随着温度的升高, 峰宽逐渐增宽。 这是由于随着温度的升高声子数逐渐增加, 增加的声子进一步增加了散射概率, 从而降低了声子的平均寿命, 而声子的平均寿命与峰宽成反比, 因此随着温度的升高峰宽逐渐增宽。 声子模强度随温度升高呈现不同规律, E2(LA), E2(TA), E1(TA)和A1(LA)声子模随着温度升高强度单调增加, 而E2(TO), E1(TO)和A1(LO)声子模强度出现了先增后减的明显变化, 在138 K强度出现极大值。 分析认为造成原因是由于当温度高于138 K时, 高能量的声子分裂成多个具有更低能量的声子所致。

由于在研究SiC晶体缺陷对器件性能的影响的过程中, 表征材料缺陷的常用的方法是破坏性的, 因此寻找一种无损的测试方法对缺陷进行有效的表征显得尤为重要。 基于阴极荧光(CL)的工作原理对4H-SiC同质外延材料的晶体缺陷进行了无损测试研究。 结果发现利用阴极荧光可以观测到晶体内部的堆垛层错、 刃位错和螺位错以及基面位错, 其阴极荧光图中的形貌分别为直角三角形、 点状和短棒状。 因此该方法成为SiC晶体缺陷的无损表征时的一种有效的测试方法。 如果利用该方法对材料的衬底和外延层缺陷分别进行观测就能建立起衬底和外延层缺陷之间的某种联系, 另外对器件工作前后的缺陷进行表征, 建立器件工作前后缺陷之间的联系, 就可以进一步地研究材料缺陷对器件性能影响的问题。Cathodoluminescence