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剑桥大学|剑桥大学张召富在半导体界面方向工作总结

剑桥大学半导体张召富

期刊：Appl. Phys. Lett.
文献信息和内容简介：
SiC中Si的选择性氧化会导致碳沉淀并在SiO2中形成碳团簇(C-cluster) ， 从氧化动力学角度考虑界面的化学势发现 ， 界面的动态平衡性（dynamic equilibrium）限制了很高的碳化学势 ， 从而导致了界面C-cluster缺陷具有较低的形成能 ， 完美解释了高的界面态密度的成因 ， 而其缺陷能级位置靠近SiC的导带底 ， 因此降低了载流子的迁移率 。
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0037241
期刊：Appl. Phys. Lett.
文献信息和内容简介：
对于由两种截然不同的主体材料组成的异质结界面 ， 精确的带隙计算是一项挑战 。 为此 ， 关键的要求是同时精确获得每种材料的正确带隙 。 我们提出一个基于HSE/-U的杂化组合计算方案 ， 来计算整个界面超胞能带对齐特性 ， 在HSE杂化泛函的接触上 ， 在窄间隙半导体侧附加一个“反向GGA+U” ， 以确保两侧均具有正确的带隙 。 对绝缘相VO2上的HfO2 ， ZrO2 ， Al2O3 ， TiO2和GaN介电膜的计算结果进行了验证 ， 能带对齐预测结果与实验值取得较好吻合 。
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5135376
期刊：Appl. Phys. Lett.
文献信息和内容简介：
剑桥大学|剑桥大学张召富在半导体界面方向工作总结
文章插图

基于电子计数规则 ， 建立了干净带隙的界面结构 ， 并计算研究了Al2O3 / GaN和Sc2O3 / GaN界面的化学键合和能带对齐 。 计算出的能带台阶与实验值相吻合 ， 进一步表明Al2O3和Sc2O3都是适合GaN基MOSFET应用的介质材料 。
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5097567
期刊：ACS Appl. Mater. Interfaces
文献信息和内容简介：
通过第一性原理计算和实验相结合分析 ， 系统地研究了GaN功率器件制备中常用的氮化处理工艺对MoS2/GaN这一2D / 3D异质结的结构、电子和光学性质方面的影响 。 计算结果表明2D / 3D集成异质结构在能量上有利 ， 且形成能为负 ， 两个界面都显示出间接带隙 。 同时 ， 经过氮化处理的界面 ， MoS2的能带边缘由于被氮化的衬底影响而向上移动约0.5 eV ， CBO的显着增加导致电子更好地在GaN侧积累 ， 这有助于延长光激发载流子的寿命 。 经过有效界面处理的氮化2D / 3D异质结构具有清洁的禁带宽度和强大的光吸收能力 ， 可以用作有实用价值的光催化剂 。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b01286
期刊：ACS Appl. Mater. Interfaces
文献信息和内容简介：
界面钝化层的使用是在高迁移率MOSFET中实现high-k/III-V高质量界面的一种重要策略 。 这里我们提议半导体GaN作为III-V半导体与氧化物（HfO2）之间的界面层材料 。 利用第一性原理计算 ， 我们研究了界面氧含量对GaN / HfO2界面结构和电子性质的影响 。 在富氧条件下 ， O8界面显示出最大的稳定性 ， 通过将界面O浓度从100％降低至25％ ， 我们发现界面形成能增加；当下层氧与O8相比 ， 存在空位 ， 界面变得相对不稳定 ， 并且带隙也高度依赖于界面氧浓度 。 电子结构表明 ， O8界面上不存在任何界面态 。 这些发现表明 ， O8界面可作为高质量III-V MOS器件的有前景的候选结构 。
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/am507287f
期刊：Appl. Phys. Express
文献信息和内容简介：
通过从头算计算研究了非晶SiNx / GaN界面 ， 以了解GaN表面氮化对界面态分布的影响 ， 该研究表明 ， 对于无氮化处理、富含Si的SiNx / GaN界面 ， 浅陷阱和深陷阱都大量存在 。 但是 ， 在进行SiNx沉积之前进行适当的表面氮化 ， 界面可以呈现出更清洁的带隙结构 ， 界面态密度（Dit）得到显着抑制 。 合理的氮化处理下 ， 浅陷阱会消失 ， 而深陷阱会融合到GaN价带中 ， 这表明经过充分氮化后 ， 高质量的界面具有低Dit ， 低Dit最终会提高GaN金属-绝缘体-半导体（MIS）栅器件的Vth稳定性 。 通过在GaN MIS 二极管中进行C-V测量进一步验证了氮化对带有/不带有界面氮化器件Dit的影响 。
https://iopscience.iop.org/article/10.7567/APEX.11.081003/meta
期刊：Appl. Surf. Sci.
文献信息和内容简介：
SiC基功率器件性能始终受到传统SiO2热栅电介质的限制 。 高κ介电栅氧化物已广泛用于Si和III-V器件中 ， 然而 ， SiC功率器件中使用高κ氧化物的高质量介电层仍然缺乏足够的理论研究 。 本文系统地研究了XO2 / 4H-SiC（X = Hf或Zr）与SiO2的界面性质 。 根据电子计数规则建立了无间隙态的可靠的界面原子结构 ， 在此模型的基础上 ， 通过杂化泛函计算界面性质 。 研究发现 ， 使用HfO2（ZrO2）/ SiO2堆叠作为4H-SiC的介电层时 ， 界面具有大的CBO（> 1 eV）以有效地限制沟道载流子 ， 表明HfO2（ZrO2）/ SiO2 / 4H-SiC堆叠是基于SiC的功率器件应用的有前途的策略 。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433220316007
期刊：IEEE Trans. Electron Devices
文献信息和内容简介：
我们通过第一性原理计算和XPS / UPS测试 ， 报告了氮化作用对GaN表面的系统研究 。 根据计算出的电子结构 ， 表面模型中存在两个表面带（即上带和下带） 。 通过充分的氮化 ， 低能带的能量位置朝价带方向改变 ， 导致下表面带与价带重叠；同时 ， 上表面带也朝价带方向变化 。 对经过低能远程N2等离子体处理的GaN样品进行了XPS/UPS的实验验证 。 理论和实验结果的深入分析解释了氮化处理对原子级材料性能的影响 ， 其对表面带的调控解释了正向偏置下金属-AlGaN / GaN肖特基二极管中出现的GaN带隙发光现象的物理机制 。
https://ieeexplore.ieee.org/document/8004473
期刊：Appl. Phys. Lett.
文献信息和内容简介：
金属/半导体界面的性质通常由金属诱导间隙态（MIGS）模型描述 ， 但是化合物金属稀土砷化物/砷化镓的界面不遵循MIGS模型 ， 具体表现为 ， 对于极性（100）或（111）RE-As / GaAs界面的Ga或As接触界面 ， 不同的接触面具有完全不同的肖特基势垒高度（SBH） 。 计算发现这种效果是由于位于这些界面的未配位原子上的局部缺陷界面态所致 ， 这些局域态取决于阴离子亚晶格键合 ， 具有不同的能量分布；半导体ScN / GaN界面的能带偏移也有相似的现象 。 因此经典的MIGS模型应进一步扩展 ， 以包括此类界面特性 。
https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0007479
期刊：J. Phys. Chem. C
文献信息和内容简介：
化合物金属硅化物在硅上的肖特基势垒SBH具有两个异常特征：SBH的面依赖性 ， 以及比起经典金属界面的“较弱的费米能级钉扎” 。 在这里发现 ， 这些特征是由界面配位缺陷处的局部能隙状态引起的 。 在界面处除了存在通常的金属诱导界面态（MIGSs）之外 ， 还有配位缺陷引起的局域态 ， 而且这些态能导致钉扎能量从PtSi2到YbSi2跨Si能隙依次增加 。 这些新发现的局部界面缺陷态是经典的MIGS模型的关键缺失项 。 这种异常的费米能级钉扎不会降低界面态密度 ， 但可以用来更好地控制SBH 。 通过设计使用近带边缘钉扎能量 ， 在scaling down的硅器件或2D器件中有望实现较低的接触电阻 。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.0c06228
期刊：Appl. Surf. Sci.
文献信息和内容简介：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016943321933466X
另外附上张召富博士写的两个半导体界面计算方面的帖子 ， 截止到2021年1月31日 ， 仅在科学网的阅读量已经达到1.7w人次 。 这两个经验贴在学术之友、研之成理等多个微信号均有转载和大量阅读 。
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