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功能材料 2024年第2期55卷 2155-2160,2167页

作者：姜冠戈江玉琪郭祥丁召贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室贵阳550025 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心贵阳550025

单层二硒化钨(WSe_(2))是一种具有良好的热稳定性、电子运输和大面积可扩展性的优秀特性。基于密度泛函理论,利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe_(2)的结构、电学性质和光学性质。采用稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂... 详细信息

单层二硒化钨(WSe_(2))是一种具有良好的热稳定性、电子运输和大面积可扩展性的优秀特性。基于密度泛函理论,利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe_(2)的结构、电学性质和光学性质。采用稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂使单层WSe_(2)呈现P型导电传输特性,增强了导电性能,展现半金属特性。此外,La、Eu、Ho掺杂后,提高了单层WSe_(2)在红外光区的光探测能力和对可见光的利用率,在深紫外区域也具有应用潜力。研究结果证明了La、Eu、Ho掺杂单层WSe_(2)的电学性质、光学性质和扩大其应用方面的重要性。

关键词：单层二硒化钨第一性原理计算掺杂光学性质

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基于第一性原理研究缺陷对单层WSe_(2)结构的光电性质的影响

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功能材料 2024年第5期55卷 5079-5085页

作者：廖展旺江玉琪郭祥贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室贵阳550025 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心贵阳550025

二硒化钨(WSe_(2))具有许多优异的性能,在自旋电子和光电子学的应用中具有极好的潜力,研究缺陷WSe_(2)的电子结构有助于理解载流子掺杂、散射等效应,对其在电子和光电器件中的应用有重要意义。基于密度泛函理论,研究了五种缺陷对WSe_(2... 详细信息

二硒化钨(WSe_(2))具有许多优异的性能,在自旋电子和光电子学的应用中具有极好的潜力,研究缺陷WSe_(2)的电子结构有助于理解载流子掺杂、散射等效应,对其在电子和光电器件中的应用有重要意义。基于密度泛函理论,研究了五种缺陷对WSe_(2)的电子结构和光学性质的影响。对于实验结果进行分析,缺陷对于单层WSe_(2)调控能力较强,其中钨(W)原子与硒(Se)原子位置互换的替位缺陷模型增强了材料的导电性。引入缺陷后材料的光学性质发生较大变化,缺陷结构与本征WSe_(2)结构相比,其长波吸收能力得到了提升,为WSe_(2)在光探测领域的运用提供了理论基础。

关键词：第一性原理 WSe_(2) 缺陷光电性质

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GaAsBi半导体材料的制备及应用研究进展

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人工晶体学报 2024年第1期53卷 25-37页

作者：马玉麟郭祥丁召贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室贵阳550025 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心贵阳550025

稀铋Ⅲ-Ⅴ半导体材料在电子和光电子领域具有广泛的应用前景,其制备方法主要有分子束外延法(MBE)和金属有机物气相外延法(MOVPE)。本文聚焦于具有较大带隙收缩、温度不敏感以及强自旋轨道分裂等特殊物理特性的GaAs_(x)Bi_(1-x)半导体材... 详细信息

稀铋Ⅲ-Ⅴ半导体材料在电子和光电子领域具有广泛的应用前景,其制备方法主要有分子束外延法(MBE)和金属有机物气相外延法(MOVPE)。本文聚焦于具有较大带隙收缩、温度不敏感以及强自旋轨道分裂等特殊物理特性的GaAs_(x)Bi_(1-x)半导体材料,对其制备方法和研究进展进行了综述。研究人员对GaAsBi材料的研究主要集中在薄膜、多量子阱、纳米线和量子点材料的制备。在薄膜材料方面,侧重于研究制备工艺条件对GaAsBi薄膜的影响,例如低衬底温度、低生长速率和非常规的Ⅴ/Ⅲ束流比;在多量子阱材料方面,采用双衬底温度技术有效减少Bi偏析问题;对于纳米线和量子点材料,金属Bi作为表面活性剂可以改善材料的形貌和光学性能。然而,目前在该材料研究和应用方面仍存在挑战,如薄膜材料的结晶质量恶化和金属Bi分凝团聚,以及量子点材料中Bi的均匀性和形成机制的争议。解决这些问题对于提高GaAs_(x)Bi_(1-x)半导体材料的质量和促进器件发展具有重要意义。

关键词：稀铋Ⅲ-Ⅴ半导体材料 GaAsBi薄膜多量子阱材料量子点材料 MBE MOVPE

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Al掺杂对β-Ga_(2)O_(3)薄膜光学性质的影响研究

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人工晶体学报 2024年第8期53卷 1352-1360页

作者：钟琼丽王绪马奎杨发顺贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室贵阳550025 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心贵阳550025

近年来,半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展,因此超宽禁带半导体材料β-Ga_(2)O_(3)具有广阔的应用前景,而有效掺杂是实现β-Ga_(2)O_(3)器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_... 详细信息

近年来,半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展,因此超宽禁带半导体材料β-Ga_(2)O_(3)具有广阔的应用前景,而有效掺杂是实现β-Ga_(2)O_(3)器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)复合结构,经高温退火使Al原子热扩散进入薄膜中,形成Al掺杂的β-Ga_(2)O_(3)薄膜。采用激光区熔法使薄膜区域熔化再结晶,进一步提升掺杂质量。对Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体性质、杂质含量及光学性质进行了测试表征。结果表明:Al掺杂不改变β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体结构;随着Al层溅射时间延长,掺杂含量逐渐增加;当Al溅射时间为5和10 s时,薄膜紫外吸收率分别为40%和50%;随着Al溅射时间的增加,Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜紫外区域光吸收率逐渐增强,Al溅射时间为300 s时,β-Ga_(2)O_(3)薄膜的光吸收率接近90%;低浓度的Al掺杂会导致β-Ga_(2)O_(3)薄膜的禁带宽度变窄。

关键词： β-Ga_(2)O_(3)薄膜 Al掺杂磁控溅射 Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)复合结构光吸收光学带隙

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基于MBE技术进行Ga、Bi原子团簇共沉积制备的研究

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原子与分子物理学报 2025年 73-77页

作者：马玉麟郭祥丁召贵州大学大数据与信息工程学院贵州省微纳电子与软件技术重点实验室半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心

由于GaAs1-xBix半导体具有较大的带隙收缩、良好的温度稳定性和强自旋轨道分裂等物理特性,因此研究其制备工艺对于解决远距探测和污染监测等应用需求,以及促进波长在2～20μm范围内的小型可靠半导体激光器具有重大意义.目前,对于GaAs1-x... 详细信息

由于GaAs1-xBix半导体具有较大的带隙收缩、良好的温度稳定性和强自旋轨道分裂等物理特性,因此研究其制备工艺对于解决远距探测和污染监测等应用需求,以及促进波长在2～20μm范围内的小型可靠半导体激光器具有重大意义.目前,对于GaAs1-xBix材料中Ga、Bi原子团簇共淀积制备的工艺仍存在争议.为此,基于分子束外延（Molecular beam epitaxy, MBE）技术对Ga和Bi共淀积的工艺进行了研究.通过原子力显微镜（Atomic force microscope, AFM）对样品进行表征后发现,先淀积Bi后淀积Ga会导致已形成的Bi原子团簇发生脱附现象,因此该方案不可行;同时淀积Ga和Bi时,Bi原子作为表面活性剂会增加Ga原子团簇的高度,该方案可行,但团簇的整体高度会增加;先淀积Ga后淀积Bi时,Ga原子团簇在二次退火过程中高度会略有降低,因此在Ga和Bi原子团簇的共淀积制备过程中,该方案最佳.研究结果为可控制备GaAs1-xBix量子点（Quantum dots, QDs）提供了重要的实验基础.

关键词： MBE Ga Bi 原子团簇共淀积

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基于电荷泵的倍增/反向双输出电压转换设计与实现

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固体电子学研究与进展 2024年第1期44卷 59-64页

作者：张广璋马奎杨发顺贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心贵阳550025 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室贵阳550025

为了解决目前基于电荷泵的开关电容电压转换芯片功能较为单一的问题,基于Dickson经典电荷泵结构,匹配四路双极型晶体管开关同时实现对输入电压的倍增输出以及倍增后的电压反向。四路二极管充作开关来使用,在降低开关器件导通电压的同时... 详细信息

为了解决目前基于电荷泵的开关电容电压转换芯片功能较为单一的问题,基于Dickson经典电荷泵结构,匹配四路双极型晶体管开关同时实现对输入电压的倍增输出以及倍增后的电压反向。四路二极管充作开关来使用,在降低开关器件导通电压的同时简化了开关电路,缩小了电路的尺寸,并降低了电路的功耗。基于国内某工艺线的40 V互补双极型工艺,设计并制作了带正/负两路输出的开关电容电荷泵电压转换器芯片电路。流片测试结果表明:当电源电压为4 V(负载电流为0 mA、+10 mA)、5 V(负载电流为±10 mA)、9 V(负载电流为+10 mA)、10 V(负载电流为-10 mA)以及11 V(空载)时,输出电压均满足设计指标。

关键词：开关电容电荷泵双输出电压双极型

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基于分子束外延技术可控制备Bi原子团簇的研究

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原子与分子物理学报 2025年第2期42卷 79-84页

本研究基于分子束外延(MBE)技术在Si(111)衬底表面成功制备金属Bi原子团簇.首先,分别在100℃、125℃、150℃、175℃、200℃的生长温度下,制备了大小均一、密度不同的Bi原子团簇.实验结果表明,可以通过改变生长温度来精细控制Bi原子团簇... 详细信息

本研究基于分子束外延(MBE)技术在Si(111)衬底表面成功制备金属Bi原子团簇.首先,分别在100℃、125℃、150℃、175℃、200℃的生长温度下,制备了大小均一、密度不同的Bi原子团簇.实验结果表明,可以通过改变生长温度来精细控制Bi原子团簇的密度,当温度升高100℃,密度从1.05×10^(11)cm^(-2)降低至2.5×10^(7)cm^(-2),实现对团簇密度4个数量级的可控调节,并且发现Bi原子团簇密度对生长温度的依赖性符合经典成核理论.其次,分别在10 s、15 s、20 s的沉积时长下,制备了密度相同、尺寸各异的Bi原子团簇.实验结果表明,可以通过改变沉积时长来精细控制Bi原子团簇的尺寸:当沉积时长增加10 s,高度和直径分别从8.5 nm和65 nm增大到13.7 nm和100 nm,实现对团簇尺寸在10 nm高度、80 nm直径范围的可控调节,并且发现Bi原子团簇尺寸对沉积时长的依赖性符合晶体生长动力学.与分子束外延制备传统的Ⅲ族(Al,Ga,In)原子团簇做对比,这些结果可以为制备Ⅴ族原子团簇提供实验参考和指导,从而促进纳米级含Bi材料的制备.

关键词：分子束外延 Bi原子团簇生长温度沉积时长经典成核理论晶体生长动力学

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基于分子束外延技术可控制备Ga原子团簇的研究

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原子与分子物理学报 2025年第3期42卷 77-84页

本研究基于分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)技术在Si(100)衬底表面成功制备金属Ga原子团簇.通过控制变量法,研究其尺寸形貌与工艺参数之间的关系.第一组对照实验分别在940℃、970℃、1000℃的Ga源温度下制备Ga原子团簇.实验结... 详细信息

本研究基于分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)技术在Si(100)衬底表面成功制备金属Ga原子团簇.通过控制变量法,研究其尺寸形貌与工艺参数之间的关系.第一组对照实验分别在940℃、970℃、1000℃的Ga源温度下制备Ga原子团簇.实验结果表明,Ga源温度的升高导致Ga的蒸发量增加,进而沉积在Si衬底表面的Ga原子增多,Ga原子自组装成团簇,最终表现为Ga原子团簇的高度升高.第二组对照实验分别在3 s、6 s、10 s、40 s、50 s、60 s的沉积时长下制备Ga原子团簇.实验结果表明,沉积时长增加导致团簇的高度逐渐增加,主要由新吸附原子和竞争效应驱动.第三组对照实验分别在0 s、60 s、300 s的退火时长下制备Ga原子团簇.实验结果表明,退火时长的增加导致团簇的高度下降和团簇内的原子重新排列和分布有关.第四组对照实验分别在420℃、500℃的退火温度下制备Ga原子团簇.实验结果表明,升温至500℃退火会促进Ga原子团簇呈现有序排列,是表面原子的热运动和Ga原子团簇与Si(100)的晶格匹配度的共同作用的结果.

关键词： MBE Ga原子团簇 Ga源温度沉积时长退火时长

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具有可控空穴抽取路径的低损耗4H-SiC双沟槽超结IGBT

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电子元件与材料 2024年第9期43卷 1071-1080页

作者：吴栋姚登浪郭祥丁召贵州大学大数据与信息工程学院贵州贵阳550025 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心贵州贵阳550025 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室贵州贵阳550025

基于TCAD设计并仿真了一种具有可控空穴抽取(CHE)路径的双沟槽超结IGBT(CHE-SJ-TIGBT)结构。该器件采用肖特基和非对称超结结构,以增强器件的导通性能和阻断能力。CHE路径由金属栅极(MES)控制。CHE-SJ-TIGBT导通时,高偏置的MES栅极电压... 详细信息

基于TCAD设计并仿真了一种具有可控空穴抽取(CHE)路径的双沟槽超结IGBT(CHE-SJ-TIGBT)结构。该器件采用肖特基和非对称超结结构,以增强器件的导通性能和阻断能力。CHE路径由金属栅极(MES)控制。CHE-SJ-TIGBT导通时,高偏置的MES栅极电压会夹断CHE路径,使P-屏蔽层(P-shield)处于浮空状态,以维持较高电导调制并获得较低的导通压降(V_(on))。CHE-SJ-TIGBT关断过程中,CHE路径开启,提供额外的空穴抽取路径,有利于降低关断损耗(Eoff)。仿真结果表明,与浮空的P-shield IGBT(FS-TIGBT)和接地的P-shield IGBT(GSTIGBT)相比,CHE-SJ-TIGBT的V_(on)分别降低了58.02%和68.64%,同时短路耐受时间分别提升了55.8%和32.8%。此外,阻断电压提升了约18.6%。CHE-SJ-TIGBT的关断损耗虽略高于GS-TIGBT,但比FS-TIGBT低了70%,在V_(on)与Eoff之间存在更好的折中关系。

关键词：阻断电压电导调制 SiC IGBT 导通压降关断损耗肖特基

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过渡金属W、Mn、V、Ti掺杂二维材料MoSi_(2)N_(4)的第一性原理计算

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原子与分子物理学报 2024年第6期41卷 147-154页

作者：姚登浪黄泽琛郭祥丁召王一贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 贵州大学半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心贵阳550025 贵州省微纳与软件技术重点实验室贵阳550025

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了W、Mn、V、Ti替位掺杂二维MoSi_(2)N_(4)后的几何结构、电子结构以及光学性质的变化.电子结构分析表明W、Mn、W、Ti替位掺杂二维MoSi_(2)N_(4)后的禁带宽度分别为1.806 e V、1.003 e V、1.2... 详细信息

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了W、Mn、V、Ti替位掺杂二维MoSi_(2)N_(4)后的几何结构、电子结构以及光学性质的变化.电子结构分析表明W、Mn、W、Ti替位掺杂二维MoSi_(2)N_(4)后的禁带宽度分别为1.806 e V、1.003 e V、1.218 e V和1.373 e V;四种过渡金属掺杂后MoSi_(2)N_(4)的带隙类型没有发生改变,均为间接带隙半导体;W掺杂后的杂质能级靠近价带顶,费米能级靠近价带顶,为p型半导体,杂质能级为受主能级;Mn掺杂后的杂质能级靠近导带底,费米能级靠近导带底,为n型半导体;V和Ti掺杂后杂质能级位于费米能级附近,为复合中心;光学性质分析表明,在2 e V~4 e V的能量区间内,W掺杂结构的吸收波长为336 nm,体系发生红移;Mn、V和Ti替位掺杂后的吸收波长分别为320 nm、358 nm和338 nm,且掺杂体系均发生蓝移.

关键词：二维MoSi_(2)N_(4) 第一性原理计算掺杂电子结构光学性质

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