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硅在微电子技术中的应用研究获得新进展

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来源: 作者: 2019-05-17 02:49:13

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近年来,把硅的间接带隙改造成为直接带隙的硅基新材料并要求它能与硅微电子工艺相兼容,成为一项挑战性的工作。 设计具有特殊应用的新材料往往是重要技术进步的核心。对于材料结构和性质之间的关联的基本理解则是设计出具有所要求的性质的新材料的关键所在。为了探索硅基新材料的能带改性,厦门大学教授黄美纯与课题组成员分析了近60个半导体的电子结构,特别是针对其带隙的直接间接类型及它们与材料结构之间“都教授”来了又走了给20位性感模特搭配服装
的关系。结果发现,如果用材料所属的点群对称操作数(群阶)表征材料的结构,那末对于相同对称性的半导体材料系列,组成晶体的原子芯态越大,越有利于实现直接带隙(芯态效应);对化合物半导体,不同原子间的电负性差越小,越有利于过渡为直接带隙材料(电负性差效应)。更重要的是,对点群操作数不同的半导体,对称性越低则越容易取得直接带隙类型的材料(对称性原理)。他们研究了以上三个变化规律的物理基础,认为对称性下降原理可以作为设计直接带隙半导体新材料、实现能带改性的主要依据,而芯态效应和电负性差效应可提供具体选择原子类型的重要参考。

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性降低原理,课题组成员研究了在Si(001)面上外延生长具有直接带隙特性的硅基新材料的可能性。为了下降硅春款潮美假两件穿出气质领时尚
的立方Oh点群对称性,可以采用原子替换或插层的方法实现。考虑到工艺上原子层生长的兼容性,他们采取在Si的生长方向周期性地插入单层VI族元素,其结构式可表示为VI(A)/Sim/VIB/Sim/VIA,或简写为VI(A),VIB/Sim其中A,B表示两种不同的 VI族元素进行交叉插层,m是Si在(001)方向的层数。对以上新材料的计算机模拟计算表明,当选择VI(A)为O,S,Se而VIB为Se时,不管m为奇数或偶数,都得到最小直接带隙在Г点的直接带隙半导体。 课题组的模拟研究基于密度泛函理论的第一性原理电子结构计算。计算中结合体系的总能计算和分子动力学方法,这些方法的优点是允许能带问题的近似解具有同实验资料相比较的合理精度。因此,对于新材料,可以得到稳定的几何结构和可靠的电子结构。计算中已经考虑了Si(001)表面原子的重构,VI族元素插层是在重构的表面上生长的,其结构已经经过优化。

课题组还在碳对硅上硅锗合金电子结构和带阶的调制效应方面进行了研究。研究了Si1-xGexCv/Si(001)完整系列的电子结构随x、y的变化规律,特别关注C的引入对能带结构的影响。主要成果如下: (1)关于C在SiGeC/Si系统中的应变补偿效应及其特性。(2)定量给出了C含量对行SiGeC能带结构的影响。(3)发现C对SiGeC/Si的导(价)带带阶有重要的调制效应。以上主要结果为设计与此材料有关的量子器件和研究器件的输运性质提供了新的设计自由度,具有重要学术意义和运用价值。

厦门大学光子学研究中心和中科院半导体所合作,正以较大的投入研制这类新的硅基光子学材料和器件及量子结构器件。预期将对单片全硅基光电子集成的推进和发展及光电子和高速微电子器件领域做出重大贡献。

(来源:“科学” 2004年12月10日)

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