一、科学电荷耦合器件（论文文献综述）
胡功伟[1]（2021）在《极化电场调控低维压电半导体自旋特性的研究》文中认为第三代半导体器件具有高能效、低功耗和高极端性能,在电子电力、微波射频和光电子等领域展现出广泛的应用前景。基于第三代半导体的压电特性,压电电子学这一新兴领域已成为高性能器件设计的重要研究方向。然而,随着支撑半导体芯片技术的摩尔定律即将走到极限,传统半导体器件设计面临诸多物理因素的限制如量子尺寸、量子隧穿和表面效应等,器件性能难以实现进一步提升,压电电子学的器件发展同样面临严峻挑战。为了寻求突破,人们提出了量子压电电子学的重要概念,旨在将第三代半导体器件的发展推向新的高度。然而,截止到目前,量子压电电子学的基本理论和器件设计依然存在许多亟待探索和解决的问题,尤其是与自旋相关的许多新材料与新物理有待深入探究。本论文着眼于高性能量子压电电子学器件设计,针对低维压电半导体中的自旋特性开展基础物理和器件模型两方面的理论研究,从自旋轨道耦合（Spin-Orbit Coupling,SOC）的基础理论、量子材料的拓扑相变到自旋电子学器件设计,逐步深入探究压电电子学效应在低维量子层面上展现出的独特自旋物理,揭示第三代半导体自旋调控的基本物理规律的同时也为设计高性能、低功耗和高灵敏度自旋器件提供可能途径,对今后量子压电电子学的发展具有重要意义。本论文所包含的主要内容如下:1.极化场调控AlGaN/GaN半导体异质结界面的二维电子气。利用经典的三角形势阱模型,说明了应力产生的极化场能够有效调控界面二维电子气浓度,阐明了压电电子学晶体管高性能特性的物理机理;此外,极化场引起的能带弯曲不仅可以限制量子状态,同时还能够调节界面电势的不对称性,从而控制电子的SOC,说明了极化场具备调控自旋特性的物理条件。2.研究了普通绝缘态与拓扑绝缘态两类体系下极化场对SOC的调控。针对III-V族氮化物与II-VI族氧化物半导体材料,借助L（?）wdin微扰方法,一方面,探究了量子阱在普通绝缘态下Rashba和Dresselhaus两种SOC,发现Dresselhaus SOC的主导作用,并阐明极化场同时增强两种SOC的物理机制;另一方面,分析了ZnO/CdO和GaN/InN两种量子阱在拓扑绝缘条件下所展现出的强SOC及其非线性行为,SOC系数可达80 me V·nm,分析表明电子与轻空穴之间的耦合是引起该SOC奇异特性的根源。该项工作提供了一种诱导强SOC的新方法,对于SOC的非线性物理研究具有重要意义。3.基于极化场对SOC的调控理论,探究拓扑绝缘体和过渡金属硫化物两类二维体系中的拓扑相变过程。针对Zn O/Cd O和GaN/In N两种量子阱,阐明了强极化场（约10 MV/cm）在诱导低维压电半导体拓扑相变过程中的物理机制,借助L（?）wdin微扰方法计算出六带有效哈密顿量并确认了无带隙边缘态的存在,边缘态带隙可达7.2 me V;此外,针对二维压电半导体材料,利用电磁理论描述了局域化分布的面内压电极化场,进而精准调控过渡金属硫化物中的边缘态及其相变过程,对比应力和均匀外电场两种操控手段,说明了压电极化场调控更具鲁棒性。该项工作从低维压电半导体的拓扑相变物理出发,阐明了拓扑量子材料中电子特性的全新操控手段,拓展了压电电子学的基本内容的同时也为设计量子压电电子学器件创造可能。4.基于极化场对SOC和拓扑相变的调控机理,研究了低维压电半导体中的高性能器件模型。针对电荷输运、自旋极化输运和自旋流输运,通过构筑量子输运器件模型,采用量子输运软件Kwant进行数值计算,提出了器件设计中水平和垂直两种重要的调控结构。水平调控结构以Hg Te/Cd Te、GaN/In N、Ga As/Ge三种量子阱拓扑绝缘体中的电荷输运为基础,搭建量子点接触（Quantum Point Contact,QPC）器件模型,设计出了压电电子学晶体管、逻辑门电子元件和量子信息存储三种高性能器件,其中,压电电子学晶体管具备超高的电导开关比(大于1010)、低功耗以及高的灵敏度（约为104）等优势。5.垂直调控结构涉及自旋极化和自旋流两种输运。前者基于Zn O/Cd O量子阱中拓扑绝缘态中的强SOC,通过构建长通道QPC器件模型,研究边缘态电子输运过程中的自旋翻转和自旋极化,高度振荡的自旋极化说明了极化场对自旋输运的良好控制能力,而增大QPC宽度将不利于自旋极化的调控,此外,极化场可控制自旋输运的开断状态,用于设计自旋极化开关器件;垂直调控结构同样可应用于自旋流输运的调控,基于Zn O/Cd O量子阱普通绝缘态中的强SOC,通过构建四通道器件输运模型,发现极化场能够显着增强自旋流强度和自旋霍尔电导,同时,电荷电流到自旋流之间的转换比可提升四倍,能够大幅度降低该自旋器件的工作能耗。基于器件设计中的水平与垂直两种调控结构不仅拓展了压电电子学的基本内容,同时也为实现新的量子压电电子学器件提供全新思路。
曹伟杰[2]（2021）在《硅基大规模阵列光开关》文中研究表明随着当代通信流量的快速增长,数据中心的发展速度逐渐落后于飞速增长的需求,其功耗问题日趋严重,热耗散接近当下集成电路冷却技术极限（～300W）,电学芯片的性能提升逐渐放缓,电交换机作为数据中心中的核心器件,其性能逐渐无法满足当代数据中心的需求。光交换技术具有高容量、低延时、低功耗等优点,符合当下数据中心对新一代交换技术的需求,硅基集成光电子器件具有体积小、功耗低、与CMOS工艺兼容等优点,近年受到了广泛的研究。本论文主要研究大规模阵列光开关技术,针对当下大规模阵列光开关发展所面临的难题,研究基本开关单元器件,设计制作了工作于O波段的128端口Benes网络热光阵列开关芯片。具体的,本课题取得的主要研究进展有以下两点:1.研究设计得到了具有低损耗大带宽的硅基2×2热光开关单元,测试得到单元插入损耗～0.25dB,1310nm波长下串扰～-28dB,整个40nm范围下串扰小于-20dB,相比目前世界最先进水平（插入损耗～0.13dB,-20dB串扰仅约14nm左右带宽）,在牺牲了一部分损耗后实现了更大的工作带宽。根据阵列开关对高速（ns级切换速度）动态响应的需求,研究设计得到了具有高速大带宽的硅基2×2电光开关单元,单元插入损耗～1.1dB,1318nm波长下串扰～-29dB,-25dB串扰带宽大于30nm,在不使用可调衰减器（VOA）、级联开关单元结构的情况下,接近目前世界最先进水平（插入损耗～0.8dB,串扰～-28dB,-25dB串扰带宽仅约10nm）,并且具有更大的工作带宽。2.研究大规模开关阵列的设计方法与实际芯片制作,并且最终完成128端口Benes网络硅基热光开关阵列芯片制作,是目前世界上最大规模的可重构无阻塞网络开关阵列。阵列芯片面积～16.2×16mm2,共具有1690个电学引脚,芯片的电学封装具有很高的难度,本论文设计制作硅转接板,解决了光芯片上高密度电学引脚的扇出问题。同时,设计制作PCB驱动电路,编写上位机程序,成功的实现了单个电路模块单元（96通道）的制作与测试,并且可以通过拼接多个电路模块单元实现具有上千电学引脚的阵列光开关芯片控制,为大规模阵列光开关的驱动控制问题提供了一种可行的解决方案。
刘亦伦[3]（2021）在《基于石墨烯硅基电荷耦合器件阵列的读出电路系统设计》文中研究指明传感器技术作为人类观察世界的主要工具,一直以来都是全世界科研人员关注的重点。高性能的图像传感器在科研、生活、生产等方方面面都有着举足轻重的作用。但是,现存的商用硅基探测器或多或少存在一些问题,如探测信号较弱,探测范围较窄,读出电路噪声过大等。如何提高硅基光电探测器的性能,是目前学界亟待解决的问题。石墨烯（Graphene）的零带隙能带结构,以及其优异的光学电学、力学等特性受到了科研界的广泛关注。它易于被转移到硅等半导体基底上,和硅基光电器件进行耦合,并显着的提升器件性能和表现。基于这些优势,本文进行了以下几个研究:1.参与设计了基于石墨烯/二氧化硅/硅结构的电荷耦合器件阵列（FE-CCD Array）,通过测试器件的各项参数,研究器件的工作原理。本器件利用石墨烯的场效应特点对器件进行调控,实现了电荷耦合像素阵列的线阵级信号读取,并通过不同激光下的测试,拓宽了传统硅基CCD的探测波长范围至近红外波段（375-980nm）。2.基于FE-CCD阵列器件设计了高质量、低噪声、高速的读出电路设计,并通过仿真和测试的手段对该电路进行表征。其中,主要设计了三阶的跨阻放大电路、巴特沃斯低通滤波电路和差分式相关双采样电路,该电路可将输出电流完成10倍放大和有效的降噪。3.基于FE-CCD阵列器件及读出电路设计搭建了1х10像素阵列的成像系统,并完成可见光下的成像实验。由于FE-CCD阵列器件的像素内积分效应,成像结果具有饱和度高,边缘清晰,成像时间短的特点,具有极高的应用前景和商业价值。
闵球[4]（2021）在《三维封装集成电路中的电热特性分析研究》文中研究表明随着半导体工艺特征尺寸进入纳米量级,进一步减小晶体管沟道长度越发困难。为了继续提升集成电路性能,半导体产业界一方面通过鳍式场效应管（FinFET）等新型晶体管工艺来继续减小特征尺寸,另一方面则通过三维封装集成（3-D integration）等新型封装技术来减小全局互连长度从而提升电路整体性能。这两方面的技术可能出现在同一种集成电路产品中,本文将其简称为三维封装集成电路（3-D IC）。集成电路的电热性能之间存在相互作用,即电路工作过程中产生的功耗会引起温度上升,温变材料参数的相应改变又反过来影响电性能。在3-D IC中,电路的温度上升更为显着,电热耦合效应对性能的影响更加难以忽略。具体而言,在器件层面,电热耦合效应会通过热载流子注入等机制带来晶体管阈值电压漂移等可靠性问题;在封装层面,电热耦合效应会影响3-D IC中的关键互连结构——硅通孔（TSV）的电热性能,并进一步带来信号完整性、电磁串扰等问题。为了准确预测3-D IC的电热性能以实现精确设计,需要深入研究其中关键结构的电热耦合机理。本文对3-D IC中的硅通孔和FinFET器件分别进行了电热耦合建模与仿真,并对电热性能和可靠性等指标进行了深入分析研究。主要研究内容和成果包括以下几个方面:（一）为快速获取硅通孔阵列中的三维瞬态热分布,本文提出了硅通孔阵列的三维瞬态等效热路模型,该模型考虑了热传递的多方向性、热导率的温变特性,可用于不同热边界条件（恒温、对流）,不同阵列规模大小,不同排列方式的硅通孔阵列的三维瞬态热仿真。与商业软件对比仿真结果表明,在满足毕渥数足够小的前提下,该模型可大幅减少硅通孔阵列的瞬态热仿真时长并且仿真结果精度良好。（二）为探究硅通孔MOS效应的温变特性及其在电热耦合过程中对硅通孔电热性能的影响,本文首先对硅通孔MOS效应的温变特性进行了精细建模,仿真获得的不同温度下的MOS电容值与文献中的测量结果吻合良好。随后基于等效电路和等效热路模型实现了同轴硅通孔的瞬态电热耦合仿真,并提出了利用常见电路求解器进行电热耦合仿真的实现方法。最后通过对比不同情形下的电热耦合仿真结果,本文研究表明MOS效应的温变特性会引起同轴硅通孔S参数的显着变化。（三）为分析FinFET有源器件在电路场景下的电热可靠性,本文以九阶环形振荡器为例,进行版图设计并基于版图构造了电路的三维结构,通过对版图进行电路仿真和对三维结构进行瞬态热传导仿真,获得了整个电路结构的瞬态电热响应。基于上述电热响应,本文成功预测了电路级电热效应作用下FinFET晶体管由热载流子注入机制引起的阈值电压漂移的时变过程,并进一步探究了电路的不同电热参数带来的影响。所得结论对实际电路设计具有较好的指导意义。
吴九鹏[5]（2021）在《碳化硅MPS二极管的设计、工艺与建模研究》文中进行了进一步梳理电能是当今人类消耗能源的主要形式,并且所占比例逐年上升。因此,对电能进行处理和变换的电力电子技术就显得越来越重要。半导体功率器件是电力电子技术的核心元件。近年来,基于碳化硅（SiC）材料的新一代功率器件异军突起,以其击穿电压高、导通电阻小、开关速度快等特点,逐渐得到了学术界和产业界的青睐。在碳化硅器件进步的过程中,高效的器件设计方法、稳定而低成本的流片工艺、器件在异常工况下的行为特征和可靠性,都需要进行细致的研究。而碳化硅二极管就是研究这些问题的绝佳平台。目前最流行的碳化硅二极管包括结势垒肖特基二极管（Junction Barrier Schottky diode,JBS diode）以及混合PiN结势垒肖特基二极管（Merged PiN Schottky diode,MPS diode）。它们在正向导通、反向阻断性能和浪涌、雪崩可靠性之间取得了较好的平衡。众多研究者针对MPS/JBS二极管的元胞设计和器件性能之间的关系做了深入的研究,并且已有多家厂商开发出了成熟的商业产品。但是目前针对碳化硅二极管的研究仍然存在一些不足之处,包括SiC MPS二极管中稳定可靠的P区欧姆接触工艺、芯片外延层参数的设计和提取、器件在浪涌等大功率电热耦合过程中的电学和热学行为的表征和结温信息的获取等,都存在众多值得优化的地方。针对这些问题,本文设计、流片完成了多种SiC MPS/JBS二极管,并针对制备完成的器件开展了系统的表征测试和建模分析的工作,主要包括:（1）SiC MPS/JBS二极管结构参数的设计与工艺开发;（2）对制备完成的SiC MPS/JBS二极管的静态、动态、浪涌可靠性的测试;（3）建立针对带有场限环终端的垂直型功率器件的外延参数提取方法;（4）建立针对浪涌过程的电热耦合结温计算模型。本文具有以下创新点:（1）通过设计、流片、测试具有两种元胞排布和多组尺寸参数的SiC MPS二极管,本文充分理解并掌握了SiC MPS二极管研发技术。本文同时从仿真和实际层面揭示了器件元胞设计、静态特性与浪涌可靠性之间的联系。根据电流和温度的不同,本文将SiC MPS二极管在浪涌过程中的电学行为简化为三个模态,并详细分析了各个模态的形成和转化机理,加深了对器件浪涌特性的理解。本文同时开发了一套基于注入型P+区的SiC MPS二极管流片工艺,最大限度地兼容了SiC JBS二极管的工艺流程。根据此工艺流程制备完成的器件具有稳定的电学特性,并在浪涌电流冲击等极端工况下展现出了媲美商业器件的高可靠性。（2）本文改进了芯片外延层参数的传统设计和提取方法。通过引入辅助函数并结合数值方法,本文提出了无需电子和空穴的碰撞电离系数相等的假设、直接处理二重积分形式的雪崩击穿判据并计算击穿电压的算法。基于该算法,本文给出了适用于4H-SiC材料、根据耐压设计目标确定最佳外延参数的拟合公式,方便了外延层设计。本文同时改进了提取芯片外延参数的传统C-V法。通过考虑场限环终端（Field limited rings,FLRs）对耗尽区几何形状和器件C-V特性的影响,优化后的外延参数反推算法相比于传统C-V法能计算出更准确的外延掺杂浓度和厚度,有助于对器件进行逆向工程分析。（3）本文基于传统RC热路模型,提出了适用于浪涌过程的分布式热源电热耦合结温计算模型。本模型通过改变热学支路的拓扑结构来模拟分布式热源,通过令电学支路和热学支路的参数先后发生改变来实现电学和热学过程的解耦。本模型可从器件的静态正向电学特性和热阻抗测试结果出发,无需实际进行浪涌测试,即可准确而快速地预测其在浪涌过程中的电学行为和内部各部分的结温变化。本模型考虑了热源分散在芯片各处而非集中在主结这一事实,也考虑了各层材料的热阻和热容参数随温度的变化,相对于传统方法更接近实际情况,具有更高的精度。本文提出的器件设计、工艺流片、建模分析等研究手段,为器件研究者提供了一套完整的方法论。这些手段能加快器件的设计和分析过程,加深器件研究者对器件工作机理的理解。可以预见,本文及其后续研究,将提供越来越多的针对功率器件的研究手段和机理模型,有助于提升功率器件研究工作的效率。
李泠霏[6]（2021）在《基于二维材料范德华异质结构的新型热载流子器件的研究》文中研究表明随着摩尔定律接近极限,传统的半导体技术已进入发展瓶颈期。如何利用新原理、新材料和新结构来解决和优化传统半导体器件在尺寸微缩过程中遇到的性能、功耗和成本等问题是后摩尔时代半导体技术的发展重点。沿着Beyond CMOS的战略路线,本文分别从新材料体系、新物理机制、以及新器件结构这三个方面展开思考和研究,旨在解决热载流子器件的机理分析、性能提升、功能拓展等科学问题。材料方面,本文以新兴的二维材料作为主要研究体系;物理机制方面,本文以热载流子作为主要研究对象;器件结构方面,本文基于范德华异质结构搭建了不同的、实现特定功能的固态器件。本文主要研究了四种热载流子器件,具体包括:（1）本文首先研究了基于等离激元纳米结构/石墨烯/氮化硼/石墨烯的近红外光电探测器件。本文以物理机制作为主要研究重点,探索了利用表面等离激元实现石墨烯中的超热载流子的激发,打破了内光电效应的波长阈值限制,实现低于带阶势垒的光响应。此外,本文还研究了超热载流子的微观物理过程及其引起的负微分光响应现象。（2）然后研究了基于手性表面等离激元/单层硫化钼异质结构的常温谷霍尔晶体管。本文从新信息载体角度出发,提出和实现了一种常温工作的,实现谷信息的产生、输运、收集、调控等全套功能的能谷晶体管。通过表面等离激元的手性实现了谷极化的产生,通过热载流子实现了谷极化的注入,利用不同能谷Berry曲率产生的赝磁场和霍尔架构实现了谷信号的读出,通过栅压实现了谷信号的调控。（3）接着研究了基于石墨烯/等离激元超构表面/硅异质结构体系的红外片上偏振探测器。论文从多功能集成的思路出发,构建了一个无分光部件的四像素光电探测器件,该器件能够实现光的强度和偏振信息的片上获取。偏振测定功能通过设计不同取向和手性的超构表面实现。硅基肖特基结构实现了光生载流子的及时抽取和分离。该器件展现出了较好的偏振测定功能。（4）最后论文研究了基于石墨烯/硒化钨/石墨烯/氮化硼/石墨烯这一五层垂直堆叠的范德华异质结构的热电子晶体管。论文设计并实验展示了第一个基于全二维材料的热电子晶体管,并且获得了接近理论极限的共基极收集效率。此外,该论文还讨论了利用热电子晶体管来研究热电子能谱的可行性及优势。该论文的研究表明,二维材料不但赋予了微纳器件在异质集成上的自由度和高质量界面,还使得器件展现出很多体材料器件不具备的性能优势和功能特性。论文中的研究结果展现了二维材料及其范德华异质结构在后硅时代半导体技术中的应用前景。
沈涛[7]（2021）在《二维MoS2光电性能调控及器件基础研究》文中指出二维纳米材料因其原子级厚度、表面无悬挂键以及柔性透明等特点在新一代电子与光电子领域表现出巨大的应用潜力。近年来,以MoS2为代表的二维过渡金属硫化合物成为继石墨烯之后广受关注的二维半导体材料体系,究其原因是因其具有合适的禁带宽度以及可观的载流子迁移率。合适的带宽能确保MoS2场效应晶体管具有较高的开关比,但同时使得其物理化学性质更容易受到表界面环境改变的扰动。一方面,物理手段以及化学分子修饰对载流子输运性能的影响和机制尚需明确。另一方面,虽然二维MoS2由于其独特的光电特性被广泛研究用于高性能光电探测器,但目前基于MoS2的光电性能仍需进一步提升。本论文立足二维MoS2材料,采用化学气相沉积法优化制备了高质量的二维MoS2材料,阐明了其生长机理。以单层MoS2纳米片为对象,研究了电子束辐照下单层MoS2的电学性能演变规律,并探讨了其电荷传输机制;利用有机小分子CuPc对单层MoS2进行了有效掺杂,阐明了 CuPc分子修饰对MoS2光电性能的影响规律和调控机理;设计构建了绿色低成本高性能的CuInSe2/MoS2混合维度范德华异质结,实现了紫外到近红外光的超灵敏探测,并揭示了其光增益机制。通过优化工艺参数,在常压下制备了单层MoS2三角形纳米片,样品最大尺寸达263.5 μm,为单晶结构,影响单层MoS2三角形纳米片尺寸的关键因素是反应温度、保温时间和氧气流量。采用低压CVD法制备了均匀连续的单层MoS2薄膜,研究表明生长前驱体和衬底的选择对MoS2薄膜的生长较关键。构筑了基于单层MoS2三角形纳米片和单层MoS2薄膜的场效应晶体管,比较分析了两种器件的电输运性能。利用电子束辐照调控了单层MoS2的缺陷水平,研究了不同辐照参数下单层MoS2中硫空位密度的变化规律,建立了电子束辐照、硫空位密度与二维MoS2电输运性能之间的内在联系,揭示了电子束辐照下单层MoS2的电荷传输机制。研究表明电子束辐照后单层MoS2器件源漏电流提升约3个数量级,载流子迁移率提高约80倍,最大电子迁移率可达83 cm2/Vs。电子束辐照可以引起MoS2的电荷传输机制由带状传输转变为莫特变程跳跃传输,凭借其传输优势诱导高的电子迁移率。在这一模型中,电子束辐照产生的硫空位充当了局域态,为电荷传输提供了更多的通道,硫空位密度控制在5.5%左右,可以最大化电荷传输效率。利用有机小分子CuPc对单层MoS2进行了有效掺杂,系统研究了 CuPc分子对MoS2光学、电学及光电子学的影响规律和内在机理。通过拉曼偏移、光致发光效率增强、电学传输极性改变以及光响应动力学改善等一系列表征分析结果,阐明了 CuPc分子修饰对MoS2中载流子类型、载流子浓度和激子发射的影响规律,并从能带结构层面揭示了 CuPc分子对单层MoS2界面载流子动力学的调控机理,证实了化学分子修饰对二维纳米材料光电性能的高效调控能力。围绕二维MoS2基光电探测器的功能以及性能优化,设计选取环境友好、优异光吸收系数、宽吸收范围、低成本溶液合成的CuInSe2量子点。通过将CuInSe2量子点与单层MoS2耦合,构筑了有利于载流子分离传输的type II型能带排列的0D-2D混合维度范德华异质结,实现了紫外到红外光范围的超灵敏检测。相应光电晶体管的光响应度和探测率分别提高约30倍和20倍,响应速度提高约50倍,1064 nm激发波长下的响应度高达74.8 A/W,研究并揭示了该高性能光电晶体管的增益机制。该研究工作以设计高性能二维MoS2基场效应晶体管和光电功能器件为导向,从缺陷浓度控制、化学分子修饰、混合维度范德华异质结构筑等方面出发,实现了对二维MoS2光电性能的有效调控。该研究对二维材料电输运特性以及界面载流子行为有了进一步的理解,为高性能光电子器件的开发提供了新的思路,有望推动其在光电信息领域的进一步发展和突破。
柳柏杉[8]（2021）在《范德华异质结载流子行为与光电性能调控研究》文中进行了进一步梳理以MoS2,WSe2为典型代表的二维半导体型过渡族金属硫族化合物（TMDCs）,具有合适带隙、高载流子迁移率和强光-物质相互作用。并且,TMDCs表面无悬挂键,可以通过层间范德华力自由堆垛组装成异质结,真正实现“按需设计”,是构筑下一代光电器件的理想候选材料。有效调控范德华异质结载流子行为是设计构筑高性能光电器件的关键。本文聚焦TMDCs范德华异质结,控制合成了高质量单层MoS2,优化了范德华异质结的构筑流程;阐明了电极接触和层数选择对MoS2/WSe2异质结载流子行为的作用机制,研制了高性能的MoS2/WSe2异质结光电探测器;提出了构筑周期性应变分布的ZnO/MoS2异质结阵列的新方法,揭示了应变对ZnO/MoS2异质结界面载流子行为的调控规律;设计构筑了梯度应变分布的ZnO/WSe2异质结阵列,实现了梯度应变对ZnO/WSe2异质结阵列光电性能的有效调控。采用氧气辅助的化学气相沉积法制备了单层MoS2,发现了随着硫源温度升高,单层MoS2的形状从六边形变为三角形,明晰了氧气对MoS2垂直生长的抑制作用是实现大面积单层MoS2生长的关键,提出了增加恒温区基底数量控制单层MoS2形核位点数量的新策略,发现了延长高温反应时间（>30min）有助于提升单层MoS2的结晶质量。探索了针对化学气相沉积法生长的MoS2与机械剥离的二维材料的转移技术,提出了逐层退火增强范德华异质结层间耦合的策略。设计并构筑了 MoS2/WSe2范德华异质结,在同一个范德华器件中原位集成不同电极接触对比光电性能,证实了石墨烯电极的垂直范德华接触有效缩短载流子传输路径并避免接触界面的费米钉扎,实现了异质结载流子传输与收集的优化。探索了 WSe2层数对MoS2/WSe2异质结光电性能的影响规律,证实了 WSe2层数为1 1（厚度7 nm）时可以最大化平衡层数依赖的载流子产生、分离、传输和收集的竞争关系。基于电极接触与层数选择的协同结构优化,研制出超高外量子效率（61%）和超快响应速度（4.1μs）的MoS2/WSe2光伏型光电探测器。设计并构筑了 ZnO/MoS2范德华异质结阵列,提出了利用湿法转移过程中ZnO纳米压印力诱导单层MoS2产生双轴拉伸应变的新技术。利用拉曼光谱表征证明了单层MoS2周期性应变的分布规律,接触界面最大拉伸应变为0.6%。在ZnO/Al2O3/MoS2结构中,发现了应变诱导单层MoS2的激子汇聚效应,单层MoS2的发光效率提升了 50%。证实了应变增强ZnO/MoS2的界面电荷分离效率,通过理论计算,揭示了应变增强ZnO/MoS2异质结界面电荷分离的作用机理:应变抬升单层MoS2的费米能级,降低了 ZnO/MoS2异质结界面的尖峰势垒,促进了界面载流子分离。设计并构筑了 ZnO/WSe2范德华异质结阵列,实现了 ZnO/WSe2光伏型光电探测器的构筑。通过精确控制ZnO纳米棒阵列的高度,获得了预置梯度应变分布（0.6%,1%,1.6%和2%）的ZnO/WSe2异质结阵列。发现随着应变从0.6%增加到2%,异质结的光响应度从75 mA/W提升到140 mA/W。通过光谱学表征和理论计算,阐明了梯度应变调控异质结光电性能的作用机制:应变诱导WSe2激子汇聚与应变优化ZnO/WSe2界面能带结构协同提升了界面的载流子分离效率。
苏航[9]（2021）在《硒化锌/液晶分子锚定对表面等离激元激发调控及应用研究》文中进行了进一步梳理随着光电材料研究的深入和微纳光学加工工艺的成熟,光电功能器件也在朝着集成化、小型化、多功能化和主动可调等方向发展。因此,利用石墨烯、二硫化钼、氮化硼等单层二维材料探索量子化光电效应的研究应运而生并成为热点之一。同样,金属氧化物半导体（Metal-Oxide Semiconductor,MOS）能够形成聚集在界面的超薄电荷积累层,并由于其准二维特性受到了广泛的关注,此积累层在电学控制领域发挥着重要作用。由于材料电学性质的差异,不同材料界面会形成一层极薄的电荷积累层,该电荷层在沿着界面方向具有极高的自由度,因此被称为二维电子气。这种在界面处的准二维材料因能够和电磁波发生剧烈耦合进而形成表面等离极化激元（Surface Plasmon Polaritons,SPP）而备受关注,形成的SPP将电磁场限制在极薄的空间内能够显着提升光子态密度。这一研究在纳米光学天线、光学隐身、光电通讯、医学成像、微纳激光器和量子霍尔效应等领域都具有十分广泛的应用前景。为了进一步实现对光电功能器件的主动调控,液晶层因具有电控可调光学性质被集成在不同功能的器件中。利用液晶的可调控属性实现对SPP的主动调制有助于新型主动光电器件的研发。本论文对半导体硒化锌（Zn Se）薄膜和液晶层在界面处的光电相互作用进行了深入研究,并对界面处聚集的二维电子气和界面静电改性情况进行了详细分析。系统地研究了位相光栅介导的液晶/Zn Se界面的SPP激发,并进一步分析SPP对衍射的影响。最后设计了一种能够集成液晶层的电控调谐局域等离激元共振响应的微纳平面内周期性结构,并从理论和数值角度进行分析。首先,我们深入分析了电子束蒸镀的Zn Se薄膜的表面情况,利用表面不饱和电荷实现了对5CB液晶分子的单边锚定效应和垂直取向,并通过密度泛函理论深入分析了液晶分子中的氰基在表面的吸附作用。我们还进一步利用此种简洁的垂直取向机制设计了一种基于外电场控制的相位调制器,实现了入射光线偏振方向的旋转和55.6%的透射率调制。随后,我们通过密度泛函理论详细分析了界面处Zn Se和5CB分子之间的电荷转移和电子跃迁,并发现由于两种材料电学性能的差异在界面处会形成一层电荷积累层。通过使用Thomas-Fermi屏蔽模型和泊松扩散方程得到界面处的电子密度能够达到4.86×1028 m-3,并在1 nm的深度内迅速衰减。在高电子密度的作用下界面形成了一层静电改性层,我们使用引入额外电荷的方法计算了不同电子密度下的Zn Se光学性质,结果表明在此电荷积累的位置能够表现出极强的金属性。更进一步,我们把能够产生电荷积累的材料拓展至Zn O和Zn S,并通过理论计算不同材料在改性后的光学性质差异,发现其表现金属性的范围随着晶格常数的缩短而蓝移,而且发现能够产生金属化的材料有一定的限制。利用液晶层内的光折变光栅和界面处负的介电常数实部,我们实现了界面等离激元的激发,同时深入分析了SPP对入射多光束及毗邻液晶层的作用,并以此阐释反常多级次二维光斑及光束间极高能量耦合。最后,我们设计了一种能够在入射光激励下形成局域等离激元共振的超表面结构。通过激发一组金属棒结构的等离激元并使其与另一个单金属棒的等离激元耦合,两种不同结构的纳米光学天线在入射光线的激励下激发的等离激元能够相互耦合,成功消除了单一结构的本征吸收模式,即消除了504.1THz处的吸收峰,进而体系经过局域等离激元的耦合在此处表现出高度的透明性,实现了等离激元诱导透明。入射光的偏振状态是决定此超表面结构等离激元振荡模式的关键,我们也引入了一层液晶层以改变入射光的偏振状态,以此实现低电压调控超表面的等离激元响应。最终设计出一种调制器,在932.5 nm处的调制深度超过85.9%。同时我们也进一步分析了单元结构与表面等离激元共振之间的关系。本研究将为液晶与半导体器件整合提供新的思路,并拓展了广义二维材料,同时也为研究半导体界面改性和可调谐SPP提供了实验基础,在光控主动调制器件、光逻辑门及等离激元器件研发等方面有着广泛的应用前景。
孙瑞[10]（2021）在《拓扑绝缘体能带调控及自旋流-电荷流转化研究》文中进行了进一步梳理自旋流和电荷流之间的相互转化一直以来都是自旋电子学研究的重要方向。电荷流产生的自旋流可以实现对磁性材料中磁矩进行有效操控,例如,利用自旋转移力矩或自旋轨道力矩驱动的磁矩进动、畴壁位移、磁矩反转等;自旋流产生的电荷流可以运用到自旋流和磁状态的探测、太赫兹波的发射等,相关现象都是自旋电子器件应用的基础。目前研究的非磁材料主要有两类可以有效地实现自旋和电荷流的转化,一类是重金属材料,另一类是拓扑绝缘体材料。其中拓扑绝缘体由于具有新颖的自旋-动量锁定的拓扑态,其自旋流-电荷流之间的转化相当高效。并且和一般的重金属相比,其能带具有易于调控的特性,为实现高效的自旋流-电荷流转化提供了理想的研究体系。本论文利用分子束外延技术,生长了三维拓扑绝缘体Bi2Se3、拓扑绝缘体异质结、拓扑绝缘体超晶格,通过角分辨光电子能谱及自旋泵浦测量,系统研究了拓扑能带调控与自旋流-电荷流转化机制的关联。主要内容如下:1.采用分子束外延技术在SrTiO3（111）衬底外延生长了拓扑绝缘体Bi2Se3。进一步地,我们在Bi2Se3表面外延生长了 Bi,成功构筑了拓扑绝缘体异质结Bi/Bi2Se3。通过角分辨光电子能谱测量,我们确定了 Bi2Se3中的单一拓扑表面态,并发现Bi/Bi2Se3中的Bi对拓扑表面态的调制以及共存的Rashba表面态。为了探究拓扑能带变化带来的自旋输运改变,我们采用自旋泵浦手段发现Bi带来的能带调控可以极大增强自旋泵浦效应,并且使得自旋流-电荷流转化效率λIEE（λIEE=Jc2D/JS3D,Jc2D为电荷流密度,JS3D为自旋流密度）随着Bi的厚度呈现非单调的变化。结合能带和模型分析,我们揭示了自旋泵浦效应增强以及λIEE非单调变化的能带起源。2.采用分子束外延技术我们分别在Si（111）以及Al2O3（0001）衬底上外延生长了（Bi2-Bi2Se3）低维超晶格。我们通过交替堆叠Bi2和Bi2Se3,首次实现了不同截止面、多周期的低维超晶格结构。结合能带测量和第一性原理计算,我们发现不同的截止面呈现了不同的拓扑态,并且拓扑态随着周期变化而演化。对于Bi2Se3截止面来说,其呈现出双拓扑的特性,既有时间反演对称性保护的拓扑绝缘体态又有镜面对称性保护的拓扑晶体绝缘体态。对于Bi截止面来说,其呈现出单个的Dirac表面态并且在费米能级附近具有巨大的自旋动量劈裂。结合自旋泵浦和自旋Hanle测量,我们发现Bi截止面具有极大的λIEE,达到了 1.26 nm,而Bi2Se3截止面具有相当大的自旋寿命,达到1 ns。随着超晶格周期的增加,我们还发现了电荷转移效应带来的费米能级调控,进而导致了λIEE的变化。除此以外,我们也对CoFeB/Ir中的自旋泵浦效应进行了探究,给出了 CoFeB/Ir的自旋混合电导以及自旋扩散长度,揭示了 Ir被忽视的强自旋-轨道耦合属性。
二、科学电荷耦合器件（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、科学电荷耦合器件（论文提纲范文）
（1）极化电场调控低维压电半导体自旋特性的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 低维压电半导体的研究进展 |
| 1.2.1 第三代半导体简介 |
| 1.2.2 压电电子学与压电光电子学 |
| 1.2.3 量子压电电子学 |
| 1.3 自旋电子学研究进展 |
| 1.3.1 自旋轨道耦合 |
| 1.3.2 拓扑绝缘体 |
| 1.4 本论文的研究内容 |
| 1.4.1 拟解决的关键性科学问题 |
| 1.4.2 研究内容和意义 |
| 第二章 极化场对纤锌矿压电半导体自旋轨道耦合的调控 |
| 2.1 低维半导体中自旋轨道耦合研究背景 |
| 2.1.1 电场调控 |
| 2.1.2 应力调控 |
| 2.2 极化场调控异质结中的二维电子气 |
| 2.2.1 二维电子气的基本理论 |
| 2.2.2 压电电子学晶体管 |
| 2.2.3 压电光电子学带内跃迁 |
| 2.3 二维电子气中的自旋轨道耦合调控 |
| 2.3.1 界面Rashba自旋轨道耦合理论 |
| 2.3.2 极化场调控自旋轨道耦合 |
| 2.4 二维拓扑绝缘体Rashba自旋轨道耦合 |
| 2.4.1 自旋Rashba模型的构建 |
| 2.4.2 Rashba自旋轨道耦合的非线性效应 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 极化场调控下的低维压电半导体拓扑相变 |
| 3.1 低维半导体中拓扑相变研究背景 |
| 3.1.1 宽度效应 |
| 3.1.2 电场效应 |
| 3.1.3 应力效应 |
| 3.1.4 温度效应 |
| 3.2 低维压电半导体基本理论 |
| 3.2.1 强极化场 |
| 3.2.2 二维有效哈密顿量 |
| 3.3 压电半导体量子阱拓扑相变 |
| 3.3.1 极化场诱导拓扑相变 |
| 3.3.2 ZnO/CdO量子阱 |
| 3.3.3 GaN/InN量子阱 |
| 3.4 过渡金属硫化物拓扑相变 |
| 3.4.1 二维材料中的边缘态 |
| 3.4.2 二维材料中的压电极化 |
| 3.4.3 极化场诱导边缘态拓扑相变 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 极化场对低维压电半导体自旋输运的调控 |
| 4.1 低维半导体中自旋输运研究背景 |
| 4.1.1 拓扑绝缘体 |
| 4.1.2 量子输运及软件包Kwant |
| 4.2 极化场调控边缘态电子输运 |
| 4.2.1 水平调控 |
| 4.2.2 垂直调控 |
| 4.3 极化场调控自旋相关电子输运 |
| 4.3.1 自旋极化电子输运 |
| 4.3.2 自旋流 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附录A L(?)wdin微扰方法 |
| 附录B有限差分法求解薛定谔与泊松方程 |
| 在学期间取得的与学位论文相关的研究成果 |
（2）硅基大规模阵列光开关（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1.硅基集成光开关技术 |
| 1.2.大规模阵列光开关发展现状与技术难点 |
| 1.2.1.国外发展现状 |
| 1.2.2.国内发展现状 |
| 1.3.本论文研究内容安排与创新点 |
| 1.3.1.研究硅基低损耗无源器件与热光开关单元设计 |
| 1.3.2.硅基高速电光开关单元器件设计 |
| 1.3.3.大规模阵列光开关光电封装与自动化测试程序设计 |
| 2.大规模阵列光开关芯片设计原理与基本性能指标 |
| 2.1.硅基低损耗无源器件设计理论基础 |
| 2.1.1.定向耦合器耦合模理论 |
| 2.1.2.多模干涉耦合器自成像效应 |
| 2.2.硅基光波导调制原理 |
| 2.2.1.热光效应 |
| 2.2.2.电光效应 |
| 2.3.阵列光开关基本性能参数指标 |
| 2.4.阵列光开关基本网络拓扑结构介绍与分析 |
| 2.5.本章小结 |
| 3.硅基低损耗无源器件及热光开关单元仿真设计与实验研究 |
| 3.1.2×2无源耦合器件仿真设计与实验探究 |
| 3.1.1.硅基定向耦合器设计仿真与实验探究 |
| 3.1.2.硅基多模干涉仪器件设计仿真与实验探究 |
| 3.2.2×2热光开关单元理论分析与实验探究 |
| 3.2.1.MZI传输矩阵理论分析 |
| 3.2.2.热光相移臂仿真设计与热光开关单元测试 |
| 3.3.本章小结 |
| 4.硅基低损耗高速有源器件设计与实验研究 |
| 4.1.基于载流子色散效应的电光相移臂与MZI高速电光开关实验研究 |
| 4.1.1.正偏PIN结构电学性能分析 |
| 4.1.2.PIN光学性能分析设计仿真与高速电光开关单元实验探究 |
| 4.2.本章小结 |
| 5.硅基大规模阵列光开关器件设计与封装测试 |
| 5.1.任意拓扑结构阵列光开关传输矩阵分析方法 |
| 5.2.128×128 Benes网络热光开关与高速电光开关芯片设计 |
| 5.2.1.Benes网络结构分析 |
| 5.2.2.128端口热光开关阵列芯片实验设计 |
| 5.3.大规模阵列光开关电封装与自动化测试设计 |
| 5.3.1.具有高密度电学引脚的大规模阵列开关电学封装介绍与实验设计 |
| 5.3.2.阵列开关芯片的驱动电路设计与自动化控制程序研究 |
| 5.4.本章小结 |
| 6.总结与展望 |
| 6.1.研究总结 |
| 6.2.未来展望 |
| 7.参考文献 |
| 附录 |
| 作者简历 |
（3）基于石墨烯硅基电荷耦合器件阵列的读出电路系统设计（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 石墨烯简介 |
| 1.1.1 石墨烯结构 |
| 1.1.2 石墨烯性质 |
| 1.2 图像传感器简介 |
| 1.2.1 电荷耦合器件 |
| 1.2.2 电子注入器件 |
| 1.3 石墨烯光电器件的研究现状 |
| 1.3.1 石墨烯光电导探测器 |
| 1.3.2 石墨烯/硅基肖特基结光电探测器 |
| 1.3.3 石墨烯图像传感器 |
| 1.3.4 石墨烯光电探测器及其集成工艺现状 |
| 1.4 电荷耦合器件读出电路 |
| 1.4.1 噪声分析 |
| 1.4.2 跨阻放大电路 |
| 1.4.3 相关双采样电路 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 1.6 本文研究意义 |
| 2 器件制备工艺和表征 |
| 2.1 单层石墨烯的生长与表征 |
| 2.2 石墨烯/硅电荷耦合器件的制备工艺 |
| 2.3 主要仪器设备 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 石墨烯硅基电荷耦合器件工作原理及表征 |
| 3.1 FE-CCD器件工作原理 |
| 3.2 FE-CCD器件单像素测试与表征 |
| 3.2.1 高频电容-电压测试 |
| 3.2.2 转移特性测试和栅极电流-电压特性测试 |
| 3.2.3 375 nm-980 nm光波长下,漏电流-时间曲线测试 |
| 3.2.4 FE-CCD积分测试 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 FE-CCD读出电路设计 |
| 4.1 伴随电阻及跨阻放大电路设计 |
| 4.2 低通滤波电路 |
| 4.3 相关双采样电路 |
| 4.4 PCB版图设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 读出电路测试与成像系统 |
| 5.1 读出电路仿真与测试 |
| 5.1.1 跨阻放大电路测试 |
| 5.1.2 低通滤波电路测试 |
| 5.1.3 差分式相关双采样电路 |
| 5.2 FE-CCD阵列成像系统 |
| 5.2.1 FE-CCD阵列成像系统搭建 |
| 5.2.2 FE-CCD阵列器件可见光及红外光成像结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间取得的科研成果 |
（4）三维封装集成电路中的电热特性分析研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 部分短语中英文对照 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 三维封装集成电路硅通孔电特性研究 |
| 1.2.2 三维封装集成电路热特性建模研究 |
| 1.2.3 三维封装集成电路硅通孔电—热耦合特性研究 |
| 1.2.4 三维封装集成电路有源器件电热可靠性研究 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.3.1 科学问题和技术挑战 |
| 1.3.2 本文研究内容 |
| 1.4 组织结构 |
| 第2章 电热耦合仿真的基本原理与实现方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 电热耦合仿真的基本理论 |
| 2.2.1 耦合仿真原理 |
| 2.2.2 问题特点 |
| 2.2.3 电热耦合的基本方程 |
| 2.2.4 电热耦合的仿真流程 |
| 2.3 基于路分析方法的电热耦合仿真原理和实现方法 |
| 2.3.1 耦合仿真原理 |
| 2.3.2 编程示例和数值求解方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 三维封装集成电路的瞬态等效热路建模研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 等效热路建模的基本理论 |
| 3.2.1 等效热路网络的类型 |
| 3.2.2 热阻热容的计算式 |
| 3.3 硅通孔阵列的三维等效热路建模 |
| 3.3.1 硅通孔阵列的三维等效热路网络 |
| 3.3.2 硅通孔单元的热阻热容值计算 |
| 3.3.3 热边界建模 |
| 3.4 模型的验证与分析 |
| 3.4.1 不同热边界条件下的验证 |
| 3.4.2 不同规模硅通孔阵列的验证 |
| 3.4.3 非均匀排列的硅通孔阵列的验证 |
| 3.5 模型的适用性 |
| 3.5.1 适用条件 |
| 3.5.2 适用范围 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 三维封装集成电路的等效电路和等效热路建模与耦合仿真方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 同轴硅通孔的等效电路建模与验证 |
| 4.2.1 硅通孔MOS效应温变特性的建模与验证 |
| 4.2.2 等效电路模型中其它电路元件的建模和计算 |
| 4.2.3 等效电路整体模型的仿真验证 |
| 4.3 同轴硅通孔的三维瞬态等效热路建模与仿真验证 |
| 4.3.1 建模过程 |
| 4.3.2 模型验证 |
| 4.4 同轴硅通孔基于等效电路和等效热路模型的电热耦合仿真 |
| 4.4.1 耦合方法 |
| 4.4.2 瞬态电热耦合仿真结果 |
| 4.4.3 MOS效应的温变特性对结果的影响 |
| 4.4.4 周围环境对结果的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 三维封装集成电路有源器件的电热可靠性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 电路场景下电热效应的仿真分析 |
| 5.2.1 环形振荡器的电路仿真 |
| 5.2.2 环形振荡器三维结构的瞬态热传导仿真 |
| 5.3 电路中FinFET晶体管的电热可靠性分析 |
| 5.3.1 阈值电压漂移模型 |
| 5.3.2 阈值电压漂移的仿真预测 |
| 5.3.3 不同电热参数对结果的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论与创新点 |
| 6.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
（5）碳化硅MPS二极管的设计、工艺与建模研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 .碳化硅材料 |
| 1.1.1 .碳化硅材料的晶体结构 |
| 1.1.2 .碳化硅材料的特性参数 |
| 1.2 .碳化硅功率二极管的发展历程 |
| 1.2.1 .SiC JBS二极管 |
| 1.2.2 .SiC MPS二极管 |
| 1.3 .碳化硅功率二极管浪涌过程结温估算 |
| 1.4 .本文研究的重要意义和主要内容 |
| 1.4.1 .本文研究的重要意义 |
| 1.4.2 .本文研究的主要内容 |
| 第2章 SiC MPS二极管的仿真设计与工艺开发 |
| 2.1 .SiC MPS/JBS二极管的元胞结构 |
| 2.2 .外延层掺杂浓度和厚度的设计 |
| 2.2.1 .基于雪崩击穿判据计算外延层击穿电压 |
| 2.2.2 .击穿电压固定下的允许外延厚度 |
| 2.2.3 .外延层耐压固定下的最佳外延层参数 |
| 2.3 .SiC MPS二极管的仿真设计 |
| 2.3.1 .器件数值仿真技术和模型简介 |
| 2.3.2 .仿真设计优化 |
| 2.4 .SiC MPS二极管的工艺开发 |
| 2.4.1 .SiC MPS二极管的工艺步骤 |
| 2.4.2 .P型欧姆接触工艺研究 |
| 2.5 .本章小结 |
| 第3章 SiC MPS二极管的特性测试 |
| 3.1 .静态测试结果 |
| 3.1.1 .自制器件之间的静态特性对比 |
| 3.1.2 .自制器件与商业器件的静态性能对比 |
| 3.2 .动态特性测试结果 |
| 3.3 .浪涌可靠性测试结果 |
| 3.3.1 .单次浪涌可靠性测试 |
| 3.3.2 .器件的高温静态Ⅰ-Ⅴ特性分析 |
| 3.3.3 .二极管浪涌过程电学行为模式 |
| 3.3.4 .自制器件与商业器件的浪涌可靠性对比 |
| 3.3.5 .二极管抗浪涌电流冲击能力比较 |
| 3.3.6 .重复性浪涌可靠性测试 |
| 3.4 .本章小结 |
| 第4章 带场限环终端的功率器件外延参数提取算法 |
| 4.1 .传统反推算法及其局限性 |
| 4.2 .场限环下方耗尽区的扩展规律 |
| 4.3 .耗尽区纵向扩展深度和横向扩展宽度之间的关系 |
| 4.4 .反推算法的建立 |
| 4.5 .本章小结 |
| 第5章 电热耦合浪涌结温计算模型 |
| 5.1 .热阻、热容和RC热路模型 |
| 5.1.1 .基本概念 |
| 5.1.2 .热阻抗的测量与结构函数 |
| 5.2 .浪涌结温的直接计算法 |
| 5.2.1 .商业器件的热阻抗测试 |
| 5.2.2 .浪涌过程的计算 |
| 5.3 .电热耦合结温计算模型的理论基础 |
| 5.4 .电热耦合结温计算模型的具体实现步骤 |
| 5.4.1 .RC网络传递函数的计算 |
| 5.4.2 .结温计算的具体步骤 |
| 5.5 .计算实例 |
| 5.5.1 .器件的热学特性的建模 |
| 5.5.2 .器件的电学特性的建模 |
| 5.5.3 .浪涌过程的结温计算 |
| 5.5.4 .衬底减薄技术对浪涌能力的提升 |
| 5.6 .本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 .本文总结 |
| 6.2 .未来展望 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间所取得的科研成果 |
| 发表和录用的文章 |
| 授权和受理的专利 |
（6）基于二维材料范德华异质结构的新型热载流子器件的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 后摩尔时代下二维材料的兴起 |
| 1.1.1 半导体产业的发展概述 |
| 1.1.2 二维材料及其器件的研究情况 |
| 1.2 基于二维材料的器件研究介绍 |
| 1.2.1 二维材料及其异质结构 |
| 1.2.2 基于二维材料的研究领域 |
| 1.3 基于二维材料的热载流子器件 |
| 1.3.1 二维材料热载流子的主要激发方式 |
| 1.3.2 基于二维材料和表面等离激元的热载流子的主要应用方向 |
| 1.4 论文的研究意义、主要思路及章节安排 |
| 1.4.1 论文的研究意义与目的 |
| 1.4.2 论文的主要研究思路 |
| 1.4.3 论文的章节安排 |
| 第二章 基于二维材料的器件的制备、表征与测试 |
| 2.1 二维材料的获取 |
| 2.2 二维异质结器件的制备方法 |
| 2.2.1 PMMA转移法 |
| 2.2.2 PC转移法 |
| 2.2.3 PVA转移法 |
| 2.2.4 PDMS转移法 |
| 2.2.5 PPC转移法 |
| 2.3 二维异质结器件的表征和测试方法 |
| 2.3.1 材料表征 |
| 2.3.2 电学测试 |
| 2.3.3 光电测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的超热载流子 |
| 3.1 背景介绍 |
| 3.2 器件结构设计和实验方法 |
| 3.2.1 器件制备与测试方法 |
| 3.2.2 金纳米结构的设计和表征 |
| 3.2.3 器件的工作原理 |
| 3.3 超热载流子的实验研究 |
| 3.3.1 石墨烯/氮化硼/石墨烯中的本征热载流子 |
| 3.3.2 石墨烯/氮化硼/石墨烯中的超热载流子 |
| 3.3.3 石墨烯/氮化硼/石墨烯中的超热载流子的物理机制研究 |
| 3.4 微分负光电响应和物理机制的研究 |
| 3.4.1 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的电流输运机制 |
| 3.4.2 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中负微分光电导现象 |
| 3.4.3 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的热电子温度的偏压依赖 |
| 3.4.4 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的负微分光电导的调制 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于手性热电子的常温谷电子晶体管 |
| 4.1 背景介绍 |
| 4.2 器件结构和工作原理 |
| 4.2.1 器件结构和工作原理 |
| 4.2.2 器件制备方法与测试手段 |
| 4.3 谷信号的注入、输运、探测和控制 |
| 4.3.1 谷信号的注入 |
| 4.3.2 谷极化的验证 |
| 4.3.3 谷信号的输运与探测 |
| 4.3.4 谷信号的控制 |
| 4.4 谷霍尔晶体管的应用前景 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 等离激元超构表面与石墨烯/硅集成的红外偏振探测器 |
| 5.1 背景介绍 |
| 5.2 器件结构设计和实验方法 |
| 5.2.1 器件的结构设计 |
| 5.2.2 器件的制备流程 |
| 5.2.3 器件的测试方法 |
| 5.3 器件的性能表征 |
| 5.3.1 等离激元超构表面对1550 nm光响应的增强 |
| 5.3.2 器件光响应的偏振依赖 |
| 5.3.3 四像素偏振探测器 |
| 5.3.4 四像素偏振测定的解算过程 |
| 5.3.5 器件性能的优化 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 热电子晶体管器件 |
| 6.1 背景介绍 |
| 6.2 热电子晶体管的基本结构、原理和制备 |
| 6.3 热电子晶体管的电学测试 |
| 6.4 目前存在的问题分析 |
| 6.5 基于热电子晶体管的热电子能谱分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在攻读博士学位期间取得的科研成果 |
（7）二维MoS2光电性能调控及器件基础研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 绪论 |
| 2.1 二维纳米材料概述 |
| 2.2 二维MoS_2纳米材料简介 |
| 2.2.1 二维MoS_2的制备方法 |
| 2.2.2 二维MoS_2的基本结构 |
| 2.2.3 二维MoS_2的基本性能 |
| 2.3 二维MoS_2场效应晶体管研究现状 |
| 2.3.1 栅介电层调控二维MoS_2的电输运特性 |
| 2.3.2 金属与半导体接触调控二维MoS2的电输运特性 |
| 2.3.3 缺陷调控二维MoS_2的电输运特性 |
| 2.4 二维MoS_2光电子晶体管研究现状 |
| 2.4.1 二维MoS_2基光电导型光电子器件 |
| 2.4.2 基于二维MoS_2的异质结型光电子器件 |
| 2.4.3 掺杂在二维MoS_2光电子器件中的应用研究 |
| 2.4.4 量子点在二维MoS_2光电子器件中的应用研究 |
| 2.5 本文的研究目的与内容 |
| 3 单层MoS_2的制备及结构性能表征 |
| 3.1 实验材料及方法 |
| 3.2 二维MoS_2纳米材料分析及器件构筑方法 |
| 3.2.1 二维MoS_2纳米材料表征分析手段 |
| 3.2.2 二维MoS_2器件构筑方法 |
| 3.3 CVD法制备单层MoS_2三角形纳米片及其结构表征 |
| 3.3.1 反应温度及保温时间对MoS_2形貌的影响 |
| 3.3.2 氧气流量对单层MoS_2纳米片的生长调控 |
| 3.3.3 单层MoS_2纳米片的结构表征 |
| 3.4 CVD法制备单层MoS_2连续薄膜及其结构表征 |
| 3.4.1 二维MoS_2连续薄膜的生长 |
| 3.4.2 单层MoS_2连续薄膜的结构表征 |
| 3.5 单层MoS_2纳米片和连续薄膜的性能表征 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 电子束辐照下单层MoS_2的电子输运行为研究 |
| 4.1 电子束辐照对单层MoS_2材料的影响 |
| 4.1.1 电子束辐照对单层MoS_2硫空位密度的影响 |
| 4.1.2 电子束辐照对单层MoS_2结构的影响 |
| 4.2 电子束辐照对单层MoS_2电输运性能的影响研究 |
| 4.2.1 电子束辐照下单层MoS_2电学性能演变 |
| 4.2.2 电子束辐照下单层MoS_2电荷输运机制研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 有机小分子CuPc修饰调控单层MoS_2光电性质研究 |
| 5.1 CuPc分子修饰对单层MoS_2光学性质的影响研究 |
| 5.1.1 CuPc分子的物理化学性质 |
| 5.1.2 CuPc分子修饰对MoS_2紫外-可见吸收光谱的影响 |
| 5.1.3 CuPc分子修饰对MoS_2拉曼光谱的影响 |
| 5.1.4 CuPc分子修饰对MoS_2稳态光致发光谱的影响 |
| 5.2 CuPc分子修饰调控单层MoS_2器件光电性能的研究 |
| 5.2.1 器件的构筑及处理方案 |
| 5.2.2 CHCl_3为CuPc溶剂时调控单层MoS_2光电性能 |
| 5.2.3 H_2SO_4为CuPc溶剂时调控单层MoS_2光电性能 |
| 5.3 CuPc分子修饰调控单层MoS_2光电性能的机理分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 绿色低成本高性能MoS_2/CuInSe_2-QDs光电探测器的研究 |
| 6.1 零维CuInSe_2量子点的制备及表征 |
| 6.1.1 零维CuInSe_2量子点的制备 |
| 6.1.2 零维CuInSe_2量子点的表征 |
| 6.2 绿色低成本高性能MoS_2/CuInSe_2-QDs光电探测器 |
| 6.2.1 MoS_2/CuInSe_2-QDs光电探测器的构筑 |
| 6.2.2 MoS_2/CuInSe_2-QDs异质结的表征 |
| 6.3 MoS_2/CuInSe_2-QDs光电探测器的光电性能研究 |
| 6.4 高性能MoS_2/CuInSe_2-QDs光电探测器的增益机制 |
| 6.5 MoS_2/CuInSe_2-QDs光电探测器的光响应开关特性 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（8）范德华异质结载流子行为与光电性能调控研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 绪论 |
| 2.1 纳米材料 |
| 2.1.1 纳米材料概述 |
| 2.1.2 二维纳米材料概述 |
| 2.2 二维MoS_2简介 |
| 2.2.1 二维MoS_2的基本性质 |
| 2.2.2 二维MoS_2的制备方法 |
| 2.2.3 二维MoS_2的主要应用 |
| 2.3 范德华异质结概述 |
| 2.3.1 范德华异质结分类及构筑方法 |
| 2.3.2 范德华异质结在电子器件方面的应用 |
| 2.3.3 范德华异质结在光电器件方面的应用 |
| 2.4 应变工程在二维材料及范德华异质结中的应用 |
| 2.4.1 应变调控二维材料能带结构 |
| 2.4.2 应变调控二维材料载流子行为 |
| 2.4.3 应变调控范德华异质结的能带匹配和层间耦合 |
| 2.5 研究目的与内容 |
| 3 二维MoS_2的可控制备及范德华异质结构筑 |
| 3.1 高质量单层MoS_2的可控制备 |
| 3.1.1 硫源温度对单层MoS_2生长形貌的调控 |
| 3.1.2 氧气流量对单层MoS_2结晶尺寸的调控 |
| 3.1.3 基底数量对单层MoS_2形核位点的调控 |
| 3.1.4 反应时间对单层MoS_2结晶质量的调控 |
| 3.2 二维材料的转移及范德华异质结的构筑 |
| 3.2.1 湿法转移单层MoS_2 |
| 3.2.2 牺牲层辅助法转移二维材料 |
| 3.2.3 范德华异质结的构筑 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 MoS_2/WSe_2范德华异质结载流子行为与光电性能的调控研究 |
| 4.1 MoS_2/WSe_2异质结的构筑与表征 |
| 4.2 MoS_2/WSe_2异质结接触界面的载流子行为研究 |
| 4.3 MoS_2/WSe_2异质结层数依赖的载流子行为研究 |
| 4.4 MoS_2/WSe_2异质结光电性能研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 ZnO/MoS_2范德华异质结阵列载流子行为的调控研究 |
| 5.1 ZnO/MoS_2异质结阵列的构筑与集成 |
| 5.2 ZnO/MoS_2异质结阵列的应变分布表征 |
| 5.3 ZnO/MoS_2异质结阵列载流子行为的应变调控 |
| 5.4 ZnO/MoS_2异质结界面载流子行为的应变调控机理 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 ZnO/WSe_2范德华异质结阵列光电性能的调控研究 |
| 6.1 ZnO/WSe_2异质结阵列的构筑与光电性能研究 |
| 6.2 ZnO/WSe_2异质结阵列载流子行为的应变调控 |
| 6.3 ZnO/WSe_2异质结阵列光电器件的梯度应变设计与表征 |
| 6.4 ZnO/WSe_2异质结阵列光电性能的梯度应变调控机理 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（9）硒化锌/液晶分子锚定对表面等离激元激发调控及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 液晶及其取向 |
| 1.3 表面等离激元及器件 |
| 1.4 对表面等离激元的调制 |
| 1.4.1 利用液晶光学各项异性调制SPP |
| 1.4.2 改变半导体电荷密度调制SPP |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第2章 基于薄膜表面单边锚定效应的液晶分子取向 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 电子束蒸镀硒化锌薄膜的制备与表征 |
| 2.2.1 电子束制备硒化锌薄膜及光学性质 |
| 2.2.2 硒化锌薄膜的界面特性表征 |
| 2.3 5CB分子在硒化锌(111)面上的单侧吸附 |
| 2.3.1 硒化锌(111)表面原子弛豫及不同位置5CB分子的稳定态 |
| 2.3.2 硒化锌(111)和5CB分子间吸附能与电荷转移 |
| 2.4 液晶层垂直取向的性质测量 |
| 2.4.1 液晶盒制备流程 |
| 2.4.2 液晶层垂直取向的光学表征 |
| 2.5 外电场控制的液晶光学调制 |
| 2.5.1 偏振调制器设计 |
| 2.5.2 液晶层表面锚定能和分子倾角测量 |
| 2.6 小结 |
| 第3章 液晶/硒化锌界面电荷积累与金属化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 硒化锌/5CB界面的电荷重新分布 |
| 3.2.1 电荷积累及电子轨道退化 |
| 3.2.2 类异质结结构电子态密度分析 |
| 3.3 界面电荷积累导致的光学性质改变 |
| 3.4 基于表面金属化的表面等离激元激发 |
| 3.4.1 界面等离激元激发和双向耦合 |
| 3.4.2 表面等离激元双向耦合导致的衍射增强 |
| 3.5 界面金属化材料的推广 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 硒化锌/液晶界面的等离激元激发特性及影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 金属化表面激发等离激元的有限元分析 |
| 4.3 基于表面等离激元的双光束高效能量耦合及转移 |
| 4.3.1 交变电场下表面等离激元导致衍射效率增强 |
| 4.3.2 偏振方向和级次扩展方向的相关性研究 |
| 4.3.3 多频率等离激元在界面的激发 |
| 4.4 场增强效应导致的表面永久光栅 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 电场调控局域等离激元器件的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 电磁诱导透明超表面理论分析 |
| 5.3 电控液晶层调制超表面响应 |
| 5.3.1 等离激元诱导透明超表面光学响应分析 |
| 5.3.2 液晶层调控入射光 |
| 5.4 局域表面等离激元振荡研究 |
| 5.4.1 超表面结构尺寸和吸收模式之间的联系 |
| 5.4.2 表面电荷积累和结构间能量耦合 |
| 5.4.3 超表面器件制备的可行性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（10）拓扑绝缘体能带调控及自旋流-电荷流转化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 前言 |
| 1.1 “磁”之古今 |
| 1.2 自旋电子学 |
| 1.3 自旋-轨道耦合 |
| 1.4 本论文课题的提出、内容及研究意义 |
| 第二章 磁性材料与磁动力学 |
| 2.1 磁性材料与相互作用 |
| 2.1.1 交换作用能 |
| 2.1.2 磁各向异性 |
| 2.2 铁磁材料的磁动力学 |
| 2.2.1 Landau–Lifshitz–Gilbert 方程 |
| 2.2.2 Kittle方程与色散关系 |
| 2.2.3 磁性弛豫-自旋流与阻尼因子 |
| 2.3 自旋泵浦与自旋注入 |
| 第三章 拓扑非平庸能带及其自旋-轨道耦合效应 |
| 3.1 晶体的能带与拓扑 |
| 3.1.1 拓扑与量子自旋霍尔效应 |
| 3.1.2 贝里曲率与拓扑数 |
| 3.2 量子自旋霍尔态与Z2拓扑不变量 |
| 3.3 2D和3D拓扑绝缘体 |
| 3.3.1 非平庸的Bi |
| 3.3.2 Bi合金及其化合物拓扑材料 |
| 3.4 常见的几种自旋-轨道耦合 |
| 3.5 自旋电子学中的自旋-轨道耦合关联效应 |
| 第四章 材料表征实验方法 |
| 4.1 超高真空系统 |
| 4.2 分子束外延-扫描隧道显微镜-低能电子衍射(MBE-STM-LEED)联合系统 |
| 4.2.1 超高真空分子束外延(MBE) |
| 4.2.2 低能电子衍射(LEED) |
| 4.2.3 扫描隧道显微镜 |
| 4.3 角分辨光电子能谱(ARPES) |
| 4.4 铁磁共振与自旋泵浦探测系统 |
| 4.4.1 VNA-FMR |
| 4.4.2 phase-FMR |
| 4.4.3 自旋泵浦探测系统 |
| 第五章 拓扑绝缘体异质Dirac/Rashba表面态构筑与自旋流-电荷流转化 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 样品制备与表征 |
| 5.3 实验结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 附录一 |
| 第六章 拓扑超晶格生长及其自旋输运调控 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.2 样品制备与表征 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.4 结论 |
| 附录二 |
| 第七章 重金属CoFeB/Ir中的自旋泵浦效应 |
| 7.1 研究背景 |
| 7.2 样品制备与表征 |
| 7.3 实验结果与讨论 |
| 7.4 结论 |
| 第八章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、科学电荷耦合器件（论文参考文献）
- [1]极化电场调控低维压电半导体自旋特性的研究[D]. 胡功伟. 电子科技大学, 2021
- [2]硅基大规模阵列光开关[D]. 曹伟杰. 浙江大学, 2021(01)
- [3]基于石墨烯硅基电荷耦合器件阵列的读出电路系统设计[D]. 刘亦伦. 浙江大学, 2021(01)
- [4]三维封装集成电路中的电热特性分析研究[D]. 闵球. 浙江大学, 2021(01)
- [5]碳化硅MPS二极管的设计、工艺与建模研究[D]. 吴九鹏. 浙江大学, 2021(09)
- [6]基于二维材料范德华异质结构的新型热载流子器件的研究[D]. 李泠霏. 浙江大学, 2021(01)
- [7]二维MoS2光电性能调控及器件基础研究[D]. 沈涛. 北京科技大学, 2021
- [8]范德华异质结载流子行为与光电性能调控研究[D]. 柳柏杉. 北京科技大学, 2021
- [9]硒化锌/液晶分子锚定对表面等离激元激发调控及应用研究[D]. 苏航. 哈尔滨工业大学, 2021
- [10]拓扑绝缘体能带调控及自旋流-电荷流转化研究[D]. 孙瑞. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2021(02)