First-principles study of adhesion at Cu/SiO$_2$ interfaces
采用第一性原理密度泛函理论，在局域密度近似下研究了Cu/SiO $_2$界面的结构、电子和粘附特性.研究了面心立方Cu与不同表面化学计量比的$α$ -方石英（001）表面之间的界面。界面性能被发现是敏感的终端的选择，在基板表面的氧密度是影响粘附强度的最重要的因素。对于富氧的界面，在界面处的O原子基本上重排后的Cu层的沉积，这表明Cu-O键的形成。Cu $-d$和O $-p$状态之间的显著杂化在界面处的位置投影态密度中是明显的。由于氧被系统地从界面上除去，观察到较少的重排，这意味着较弱的粘附力。计算的粘附能为每个接口被发现，以反映这些观察到的结构和键合的趋势，导致最大的粘附能在富氧的情况下。还计算了Cu和SiO $_2$基片之间的粘附能，发现Cu与这些基片的粘附力大大降低。这项工作支持的概念，铜膜可以很好地粘附到无羟基的SiO $_2$基板应存在足够量的氧气在界面处。
2003-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of near-interface traps in Al$_2$O$_3$/4H-SiC and Al$_2$O$_3$/SiO$_2$/4H-SiC structures
用原子层沉积法在n型4 H-SiC上生长了氧化铝（Al_2 O_3），研究了中间层二氧化硅（SiO_2）对生长的影响。通过电容电压和热介电弛豫电流的测量，研究了界面特性。而对于具有界面SiO2层的样品，最高的近界面陷阱密度被发现在导带边缘以下0.3 eV处，Ec，仅具有Al 2 O3电介质的样品表现出接近Ec的几乎无陷阱区域。对于Al 2 O3/SiC界面，最高陷阱密度出现在Ec以下0.4至0.6 eV之间。研究结果表明，以Al_2O_3为栅介质层的SiC基MOSFET在未来的高性能器件中具有广阔的应用前景。
2006-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Band Offsets at the Si/SiO$_2$ Interface from Many-Body Perturbation Theory
我们使用多体微扰理论，国家的最先进的带隙计算方法，计算在Si/SiO $_2$界面的带偏移。我们研究在这种情况下，通常的近似的充分性。我们表明，（i）带结构和潜在的阵容的贡献，后者被评估在密度泛函理论的单独治疗，是合理的，（ii）大多数等离子体极点模型导致准粒子的绝对修正的不准确性，（iii）顶点修正可以忽略不计，（iv）本征能自洽是足够的。我们的理论偏移量与实验值在0.3eV以内一致。
2008-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Remote Surface Roughness Scattering in FDSOI devices with high-$κ$/SiO$_2$ gate stacks
利用非平衡格林函数研究了全耗尽绝缘体上硅（FDSOI）器件中SiO $_2$ /HfO $_2$界面的远程表面散射（RSR）。我们发现，RSR迁移率的控制在Si/SiO $_2$和SiO $_2$ /HfO $_2$接口的表面粗糙度之间的交叉相关性。因此，表面粗糙度和远程表面粗糙度不能作为两个独立的机制来建模。当Si/SiO $_2$界面和SiO $_2$厚度分布相关时，RSR倾向于提高总迁移率，而当它们反相关时，RSR倾向于降低总迁移率。我们讨论了高$κ$ /金属栅技术的影响。
2015-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Identification of the major cause of endemically poor mobilities in SiC/SiO2 structures
具有良好载流子迁移率的材料是器件应用所期望的，但在实际器件中，迁移率通常受到界面和接触存在的限制。在半导体-电介质界面处的迁移率退化通常归因于界面处或电介质内部的缺陷，如在Si/SiO2结构中的情况，其中处理不会在半导体中引入有害缺陷。在SiC/SiO2结构的情况下，十年的研究集中在减少或钝化界面和氧化物缺陷，但低迁移率一直存在。通过调用理论结果和现有的实验证据，我们表明，热氧化产生的半导体衬底内的碳双间隙缺陷，它们是在SiC/SiO2结构的流动性差的主要原因。
2010-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Electrically Detected Double Electron-Electron Resonance: Exchange Interaction of 31P Donors and Pb0 Defects at the Si/SiO2 Interface
我们研究的耦合Pb 0悬空键缺陷在Si/SiO2界面和31 P施主直接下面的外延层使用电检测双电子-电子共振（EDDEER）。EDDEER信号的指数衰减被观察到，这归因于交换耦合强度J/2 pi从25 kHz到3 MHz的宽分布。交换耦合的数值模拟的实验数据的比较表明，该范围内的耦合强度对应于31 P-Pb 0的距离范围从14 nm到20 nm。
2013-06-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principles electronic-structure calculation of dangling bonds at Si/SiO$_2$ and Ge/GeO$_2$ interfaces
通过第一性原理电子结构计算，研究了Ge/GeO $_2$界面处Ge悬挂键（DBs）没有明显电子自旋共振信号的证据.比较了Si/SiO $_2$和Ge/GeO $_2$界面上DBs的电子结构，发现Ge-DB和Si-DB的电子结构明显不同，Ge-DB态不位于Ge/GeO $_2$界面的带隙内，而Si-DB态明显出现。此外，Ge-DB态的电荷密度分布比Si-DB态的电荷密度分布更宽。这些功能被解释考虑的Ge/GeO $_2$界面的键合网络的金属特性和Ge块体在Ge/GeO $_2$界面由于晶格常数失配的结构变形。
2010-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Probing lattice vibration at surface and interface of SiO$_2$/Si with nanometer resolution
单色像差校正电子显微术的最新进展使得以高能量分辨率和高空间分辨率探测晶格振动成为可能。在这里，我们使用亚10 meV的电子能量损失谱研究在Si衬底上的非晶SiO $_2$（a-SiO $_2$）薄膜的表面和界面的局部振动特性。我们发现，每个光学模式分裂成三个子模式，即，表面模式、体模式和界面模式，可以从不同的位置测量。纯表面模式可以在表面附近的真空中测量，并且纯界面模式预计将在界面位置或在Si中获得，而在SiO $_2$内部，测量的信号是体模、表面模和界面模的混合物。体模的振动能量最大，表面模的振动能量最小。表面模式的能量是厚度依赖性的，表现出蓝移的z-厚度（平行于快电子束）的$_2$膜的增加，而体和界面模式具有恒定的振动能量。体模的强度随厚度的增加而线性增加，在表面和界面附近（几纳米内）急剧下降到零。表面模在真空中遵循贝塞尔函数缓慢衰减。所观察到的空间相关的振动行为的机制进行了讨论，并定量地比较介电响应理论分析。我们的纳米尺度振动特性测量提供了有关表面和界面键合条件的有用信息，因此可以帮助通过表面和界面处理设计更好的硅基电子器件
2018-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of structurally-relaxed Si/SiO$_2$ superlattices: the role of bonding at interfaces
我们构建了Si/SiO $_2$超晶格的微观结构弛豫原子模型。详细研究了界面Si原子的结构畸变和氧化态特征。建立了界面Si氧化物在提高带隙和产生无色散能带中所起的作用。低氧化物原子被示出产生约1.60 μ m厚的突变界面层。在费米黄金法则水平的能带结构和光学吸收计算被用来证明，增加限制导致（a）直接带隙（b）在光谱中的蓝移，和（c）在阈值能量区域的吸收强度的增强。这种行为的某些方面不仅出现在与超晶格轴相关的对称方向上，而且出现在正交平面方向上。我们的结论是，与Si/Ge相比，Si/SiO $_2$超晶格显示出明显的光学增强和光谱向许多光电应用有用的区域的偏移。
2002-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Band alignment of metal/amorphous-oxide interface using atomic orbitals projection of plane-wave: a first principle study at the Al/a-SiO2 interface
非晶态绝缘氧化物在现代电子工业中发挥着重要作用。了解非晶结构异质界面的能带排列有助于更好地控制界面处的载流子输运性质。经典的带偏方法开发以前排队的本征能级相对于一个理想的散装参考或真空水平。然而，非晶结构的局部无序使得体参考模糊不清。因此，不能使用经典方法。在这项研究中，我们介绍了一种新的方法的基础上的线性组合的原子轨道（LCAO）的波函数投影线带在金属/氧化物界面。波函数的LCAO投影考虑了所有的金属/氧化物界面效应，例如内建电压、界面偶极子、虚拟氧化物减薄、势垒变形等。因此，它提供了精确的能带对准。在Al/非晶SiO2进行的计算表现出良好的协议之间现有的实验和模拟数据。我们还观察到，在界面处的空间电荷区导致在氧化物中的非线性能带弯曲，这实际上减少了其厚度，从而降低了介电强度。
2017-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Spatially resolved dielectric loss at the Si/SiO$_2$ interface
该研究利用调频原子力显微镜以纳米分辨率探测Si/SiO$_2$界面，发现界面态附近电荷组织时间延长，介电损耗在纳米尺度上高度空间异质。
2024-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between O defects and SiC stacking at the SiC/SiO$_2$ interface
通过第一性原理计算，研究了在热氧化过程中存在和不存在O缺陷的情况下，SiC堆积对4 H-SiC/SiO $_2$界面的影响.已知4 H-SiC（0001）具有两种不同的表面类型，这取决于两个晶格位置$h$或$k$中的哪一个位于表面[K. Arima \textit{et al} .，应用物理信函\textbf{90}，202106（2007）]。我们发现沿SiC的导带边缘的层间状态，其位置的变化取决于界面类型，从而也缺陷的影响。当$h$位点直接在界面处时，O缺陷去除界面导带边缘态。另一方面，当$k$位点在界面处时，导带边缘对O缺陷的存在不敏感。这些差异将影响SiC器件的操作，因为最常用的基于SiC的金属氧化物半导体场效应晶体管依赖于导带的电子结构。
2015-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory study of effect of NO annealing on electronic structure and carrier-scattering property of 4H-SiC(0001)/SiO$_2$ interface
本文利用密度泛函理论计算研究了NO退火形成的氮化层对4H-SiC/SiO₂界面电子结构与载流子散射的影响，发现氮化层可屏蔽O原子的不利库仑作用，但低面N密度导致电势涨落显著散射电子，提出应提高面N原子密度以抑制散射。
2025-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical analysis of thermal boundary conductance of MoS2-SiO2 and WS2-SiO2 interface
了解界面热传递中涉及的物理过程对于解释基于过渡金属二硫属化物（TMD）半导体的纳米电子器件中的温度测量和散热优化至关重要。我们模拟了声子和电子对MoS $_{2}$ -SiO $_{2}$和WS $_{2}$ -SiO $_{2}$界面的热边界电导（TBC）变化的贡献。引入了一种模拟无序界面扩散声子输运的唯象理论，得到300 K时MoS $_{2}$ -SiO $_{2}$和WS $_{2}$-SiO $_{2} $界面的$G$分别为13.5和12.4 MW/K/mPDMATHABMO.我们比较了它的预测的相干声子模型，发现前者符合的MoS $_{2}$ -SiO $_{2}$的数据从实验和模拟显着更好。我们的分析表明，热耗散在TMD-SiO $_{2}$接口主要是由声子散射扩散粗糙的界面，虽然电子TBC的贡献可以是显着的，即使在低电子密度（$n\leq10^{12}$ cm $^{-2}$），并可以解释一些从文献中的实验TBC数据的变化。从我们的研究的物理见解可以是有用的热意识的设计在TMD为基础的纳米电子学的发展。
2021-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductance across bonded SiOx-SiOx interfaces in hybrid bonding process
School of Integrated Circuits and Beijing Advanced Innovation Center for Integrated Circuits, Peking University（北京大学集成电路学院与北京集成电路先进创新中心）；School of Integrated Circuits, Southeast University（东南大学集成电路学院）
本研究通过低温键合技术制备SiO-SiO界面，并利用时域热反射技术测定其热边界导率，发现其热导率下限为150 MW/m²-K，为混合键合结构的热管理提供了关键数据。
2026-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characterization of Interface Traps in SiO$_2$/SiC Structures Close to the Conduction Band by Deep-Level Transient Spectroscopy
用恒电容深能级瞬态谱研究了氧化气氛和晶面对界面陷阱密度的影响，以阐明它们的来源。通过比较在N $_2$ O气氛中氧化的低迁移率界面的DLTS谱与在湿气氛中氧化的C面上的高迁移率界面的DLTS谱，发现在与晶面无关的低迁移率界面中，通常在距导带边缘0.16 eV的能量附近观察到高密度的陷阱（$C1$陷阱）。另外，还发现了晶面特有的陷阱的产生和消除：（1）$C1$陷阱只能在C面上通过湿氧化消除，（2）在SiC/SiO $_2$界面上只能在Si面上观察到$O2$陷阱（0.37 eV）。通过湿氧化在Si面上产生$O2$陷阱和在C面上消除$C1$陷阱可以由晶面特有的氧化反应引起。
2014-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory calculations for investigation of atomic structures of 4H-SiC/SiO$_2$ interface after NO annealing
本文利用密度泛函理论计算提出了NO退火后4H-SiC/SiO$_2$界面各面的原子结构，发现N原子在界面积累并形成氮化物层，消除了CO键引起的间隙态，从而降低界面缺陷密度。
2022-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Effect of nitrogen introduced at the SiC/SiO$_2$ interface and SiC side on the electronic states by first-principles calculation
该研究通过第一性原理计算发现，在SiC/SiO$_2$界面附近引入超过4 nm的高浓度氮掺杂层可减弱量子限制、增加反型层电子密度，并使波函数峰值远离界面，从而降低界面散射、提高电子迁移率。
2023-03-15 cond-mat.mtrl-sci
A first principles study of As doping at a disordered Si--SiO$_2$ interface
了解掺杂剂与氧化物界面之间的相互作用，是推动现代晶体管进一步集成的一个日益重要的问题。为此，使用第一性原理密度泛函理论和连续随机网络蒙特卡罗方法相结合，我们研究了在硅和它的氧化物之间的界面处的电活性砷施主。使用一个现实的模型的无序界面，我们发现，一个小的百分比（约10%）的原子网站在前几个单层上的硅侧的接口是积极有利于偏析，这是由本地键合和本地应变的缺陷中心控制。我们还发现，有一个长程量子限制效应，由于界面，这导致在掺杂剂偏析的能量障碍，但这个障碍是小的本地环境的影响相比。最后，我们考虑在何种程度上可以通过施加应变的界面控制能量的偏析。
2013-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Effects of nitridation on SiC/SiO$_2$ structures studied by hard X-ray photoelectron spectroscopy
SiC将开启电力电子的新时代，影响从电动汽车到可再生能源的各种能源技术。其物理特性在许多方面优于硅，包括带隙、击穿场和热导率。SiC基功率半导体器件进一步发展的主要挑战是SiC与其原生电介质SiO $_2$之间的界面质量。高温氮化工艺可以极大地改善界面质量并最终提高器件性能，但对底层的化学过程仍然知之甚少。在这里，我们提出了一个能量依赖的硬X射线光电子能谱学（HAXPES）研究探测非破坏性的SiC和SiO $_2$和它们的界面在不同的气氛中处理的设备堆栈。我们成功地结合了实验室和同步加速器的HAXPES，提供了独特的见解界面缺陷的化学和钝化通过氮化过程。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of Traps at Nitrided SiO$_2$/SiC Interfaces near the Conduction Band Edge by using Hall Effect Measurements
利用霍尔效应测量和分裂电容-电压测量的一个简单的，新开发的表征方法，定性地研究了氮化对在$_2$ /SiC界面附近的导带边缘的陷阱密度的影响。结果表明，氮化的导带边缘附近的界面陷阱的密度显着减少，以及高密度的界面陷阱，这是不消除氮化。
2017-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Current-induced spin-orbit field in permalloy interfaced with ultrathin Ti and Cu
自旋轨道扭矩如何从具有弱自旋轨道耦合的材料中出现（例如，轻金属）是自旋电子学中的一个未决问题。在这里，我们报告了一个类似场的自旋轨道扭矩（即，横向于电流轴的平面内自旋轨道场），其中顶部Py-SiO $_2$界面结合有Ti或Cu。在SiO $_2$ /Py/Ti/SiO $_2$和SiO $_2$ /Py/Cu/SiO $_2$中，该自旋轨道场与经典奥斯特场相反。虽然自旋轨道场的大小至少是奥斯特场的3倍，但我们没有观察到SiO $_2$ /Py/Ti/SiO $_2$或SiO $_2$ /Py/Cu/SiO $_2$中存在明显的阻尼类扭矩的证据。我们的研究结果指出，贡献的Rashba-Edelstein效应或自旋轨道进动（Ti，Cu）插入接口。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically detected magnetic resonance of carbon dangling bonds at the Si-face 4H-SiC/SiO$_2$ interface
基于SiC的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）在电力电子应用中具有重要意义。然而，在SiC/SiO $_2$界面处的电活性缺陷降低了器件的理想性能。相关的微观缺陷可以通过电子顺磁共振（EPR）或电检测磁共振（EDMR）来识别。这有助于确定制造工艺的哪些变化可能会导致器件性能和可靠性的进一步提高。EDMR测量显示，在不同处理的MOSFET中，尽管在测量的$g$ -因子中观察到一些差异，但具有非常相似的主导超精细（HF）光谱。在这里，不同的SiC MOSFET测得的HF光谱进行了比较，有人认为，在所有的设备中存在相同的主导缺陷。与模拟的C悬挂键（P $_\textrm{bC}$）中心和硅空位（V $_\textrm{Si}$）的光谱数据的比较表明，P $_\textrm{bC}$中心是一个更合适的候选人来解释所观察到的HF光谱。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Individual Characterization of Fast-Responding Trap States at the NO-Annealed SiO$_2$/4H-SiC Interface
The University of Tokyo（东京大学）
利用频率调制原子力显微镜的能量耗散信号，在NO退火的SiO$_2$/4H-SiC界面可视化并分析了单个快速响应陷阱态，发现其与氮化相关且能级分布延伸至界面导带边缘。
2026-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of vacancy related defects at 4H-SiC(000$\bar{1}$)/SiO$_2$ interface after wet oxidation
基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了湿氧化后4H-SiC(000$\ar{1}$)/SiO$_2$界面硅碳空位缺陷的稳定性与形成机制，发现湿氧化引入的H原子终止悬挂键导致产生碳反位-碳空位和双空位缺陷。
2022-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Structure and energetics of the Si-SiO_2 interface
硅一直是半导体技术的代名词。这种独特的作用主要是由于Si-SiO_2界面，特别是（001）取向的界面所具有的特殊性质。虽然硅是结晶的，氧化物是非晶的，但界面基本上是完美的，具有极低密度的悬挂键或其他电活性缺陷。随着器件尺寸的不断减小，硅/氧化物界面的纳米结构变得越来越重要。然而，尽管它的重要作用，这个界面的原子结构仍然不清楚。使用一种新的蒙特卡罗方法，我们确定低能量的界面结构。发现的最佳结构由Si-O-Si“桥”组成，以条纹图案排列，具有非常低的能量。这种结构解释了几个令人困惑的实验观察结果。
1999-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Spin-Dependent Recombination between Phosphorus Donors in Silicon and Si/SiO2 Interface States Investigated with Pulsed Electrically Detected Electron Double Resonance
我们研究的自旋物种相关的自旋相关的复合用于电读出的相干自旋操纵在磷掺杂硅。通过脉冲电探测磁共振多频抽运探测实验，我们证明了在磷施主和Si/SiO2界面态之间存在自旋相关的复合跃迁。在不同的微波频率组合脉冲，使我们能够选择性地解决参与重组过程中的两个自旋子系统，并相干操纵和检测的两个重组伙伴的相对自旋取向。
2010-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Interfacial properties of 2D WS2 on SiO2 substrate from x-ray photoelectron spectroscopy and first-principles calculations
采用高分辨X射线光电子能谱学（XPS）和第一性原理计算研究了在SiO2基片上沉积的二维WS 2薄膜的界面性质.用直接（间接）方法测得单层WS 2/SiO2界面处的价带偏移（VBO）为3.97 eV（3.86 eV），导带偏移（CBO）为2.70 eV（2.81 eV）。此外，体WS 2/SiO2界面处的VBO（CBO）被发现是约0.48 eV（0.33 eV）大，由于层间轨道耦合和分裂的价带和导带边缘。因此，WS 2/SiO2异质结构具有I型能带对准。除了SiO2的理论带隙较窄外，实验和理论得到的能带偏移是一致的。理论计算进一步揭示了每个S原子的结合能为75 meV，且部分态密度完全分离，表明WS 2单层与SiO2表面之间存在弱相互作用，费米能级钉扎效应可以忽略不计.我们的实验和理论结合的结果提供了充分的VBO和CBO和弱相互作用在二维WS 2/SiO2异质结构的证据。
2022-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Electron confinement and optical enhancement in Si/SiO$_2$ superlattices
我们利用线性缀加平面波方法和密度泛函理论对Si/SiO $_2$超晶格进行了第一性原理计算，研究了它们的电子态、禁闭和光学跃迁。两个原子模型具有相当简单的接口结构被认为是不同的方式悬挂键在接口得到满足。我们比较我们的第一性原理能带结构与紧束缚计算。介电函数的实部和虚部在费米-黄金法则水平下计算，并用于估计吸收系数。限制被证实的电子能带结构在生长方向上的色散特性。通过比较体硅中的相关跃迁与能带结构中的直接跃迁和间接跃迁，发现存在光学增强。通过比较两种模型的吸收系数，评估了界面对光学性质的作用。
2001-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Annealing shallow Si/SiO$_2$ interface traps in electron-beam irradiated high-mobility metal-oxide-silicon transistors
电子束（e-beam）光刻通常用于制造金属氧化物硅（MOS）量子器件，但是在Si/SiO $_2$界面处产生缺陷。在这里，我们表明，形成气体退火是有效的消除浅缺陷（$\leq$ 4 meV以下的导带边缘）由电子束曝光通过测量浅电子陷阱的密度在两组高迁移率MOS场效应晶体管（MOSFET）。一组用电子束（10 keV，40 $μ$ C/cm $^2$）照射，随后在合成气体中退火，而另一组保持未暴露。低温（335 mK）传输测量表明，合成气体退火将电子束暴露样品的峰值迁移率（14，000 cm $^2$ /Vs）恢复到未暴露样品的迁移率（23，000 cm $^2$ /Vs）的两倍内。使用电子自旋共振（ESR）来测量浅陷阱的密度，我们发现，这两组设备几乎是相同的，这表明形成气体退火是足够的退火所产生的电子束曝光的浅缺陷。拟合两组设备的传输数据的渗滤过渡模型，我们提取T=0的渗滤阈值密度与我们的最低温度ESR测量的陷阱密度的定量协议。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Identification of two trapping mechanisms responsible of the threshold voltage variation in SiO$_2$/4H-SiC MOSFETs
采用基于循环栅压应力的非弛豫方法，对SiO $_2$ /4 H-SiC系统中界面或近界面陷阱进行了全带隙探测。研究了横向MOSFET阈值电压的温度不稳定性，发现了两种独立的陷阱机制，一种机制与温度无关，它与近界面氧化物陷阱的存在有关，这些陷阱是通过半导体的隧穿而被俘获的。第二种机制，具有0.1 eV的激活能，已被关联到本征缺陷的存在下，在SiO $_2$ /4 H-SiC界面。
2020-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Near-Zero-Field Spin-Dependent Recombination Current and Electrically Detected Magnetic Resonance from the Si/SiO$_2$ interface
对于金属氧化物半导体（MOS）电子器件（例如Si/SiO $_2$ MOS场效应晶体管（MOSFET））至关重要的电介质界面具有可以用电检测自旋共振技术可视化的陷阱状态，然而，由于缺乏对该现象的一般理论，对这种测量的解释受到阻碍。本文提出了这样一个理论的两个电自旋共振技术，电检测磁共振（EDMR）和最近观察到的近零场磁电阻（NZFMR），通过推广肖克利读取霍尔陷阱辅助复合电流计算通过随机刘维方程。在这个介电界面的自旋混合发生通过超精细相互作用，我们可以处理量子力学或半经典，产生明显的差异，在整个接口的电流。通过分析NZFMR和EDMR的偏压依赖性，我们发现Si/SiO $_2$ MOSFET中的复合在半经典方法中得到了很好的理解。
2020-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain effect in silicon-on-insulator materials: Investigation with optical phonons
我们报告了一个详细的实验和理论研究的残余应变的影响，应变弛豫，这体现在商业绝缘体上硅（SOI）晶片的Si/SiO $_{2}$接口。SOI材料由位于处理硅晶片上的绝缘体（埋入的SiO $_{2}$层）顶部的单晶硅覆盖层（SOL）制成。红外反射率谱表明，随着溶胶的减薄，SiO $_{2}$埋层不断弛豫。与此同时，溶胶表面粗糙度和Si/SiO $_2$界面附近的Si中光学声子的线宽（通过显微拉曼光谱探测）增加。在交付的晶片中，这是由于硅在埋入的SiO $_{2}$层两侧的轻微膨胀，相反，硅被压缩。变薄的SOL修改这些初始平衡条件。为了得到定量的结果，我们已经模拟了我们所有的拉曼光谱使用的光学声子的非均匀位移和加宽的理论，它考虑到声子与静态应变波动的相互作用。从线宽与界面距离的变化，我们已经发现，均方应变继续放松，通过几个$μm$的顺序上的深度在大部分的晶片。我们还表明，SOL表面粗糙度是有关的Si/SiO $_2$接口附近的应变波动。
2000-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Current transport and thermoelectric properties of very high power factor Fe3O4 / SiO2 / p-type Si (001) devices
在100 ~ 300 K温度范围内研究了Fe 3 O 4厚度为150、200和350 nm的Fe 3 O 4/ SiO2 /p型Si（001）异质结的电流输运和热电性质。我们观察到在200 K的面内电阻率的急剧下降，由于开始沿Si / SiO2界面的导电相关的电子从Fe 3 O 4隧穿到在Si / SiO2界面的空穴的积累层，其存在被证实的电容-电压测量和霍尔效应的两个频带分析。这伴随着Seebeck系数在300 K时达到+1000 μV/K的大幅度增加，这与p型Si（001）中的空穴有关，并且当Fe 3 O 4层厚度减小到150 nm时给出70 mW/K2 m的功率因数。结果表明，在300 K时，大部分电流在Fe_3 O_4层中流动，而Fe_3 O_4/SiO_2/p型Si（001）异质结构在横向上表现为隧道pn结。
2014-06-05 cond-mat.mtrl-sci
New structural model for GeO2/Ge interface: A first-principles study
GeO 2/Ge（001）界面的第一性原理模拟表明，六重GeO 2，这是来自方石英，而不是金红石，显着减少了界面处的晶格失配，是比传统的四重界面更稳定。由于四重和六重GeO 2之间的晶界是不稳定的，六重GeO 2在界面处形成大晶粒。相反，与SiO2的比较研究表明，SiO2保持四重结构。六倍的GeO 2/Ge界面被证明是GeO 2的基态相的后果。此外，电子结构计算表明，在界面处的六重GeO 2移动的价带最大值远离界面向导带。
2011-03-25 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study on Structural Properties of GeO$_2$ and SiO$_2$ under Compression and Expansion Pressure
详细分析了三种GeO $_2$和SiO $_2$多晶型（$α$ -石英、$α$ -方石英和金红石）在压缩和膨胀压力下的结构变化。第一性原理总能量计算结果表明，GeO $_2$的相组成中，金红石结构是最稳定的相，而SiO $_2$优先形成石英.平衡体积下石英和方石英GeO $_2$相的GeO $_4$四面体比SiO $_2$的四面体畸变更明显。此外，在石英GeO $_2$和方英石GeO $_2$的情况下，当GeO $_2$块体的体积从平衡点改变时，所有O-Ge-O键角都会变化，这会导致四面体的进一步变形。相反，SiO $_2$中Si-O-Si形成的倾斜角显著变化。由于晶格常数失配，O-Ge-O键的这种柔性降低了Ge/GeO $_2$界面处的应力，并导致在实验中观察到的低缺陷界面[Matsubara \textit{et al.}：Appl.Phys.Lett. \textbf{93}（2008）032104; Hoglobal \textit{et al.}：Appl. Phys. Lett. \textbf{94}（2009）202112]。
2011-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Spatially resolved random telegraph fluctuations of a single trap at the Si/SiO2 interface
本研究利用静电力显微镜空间分辨Si/SiO2界面单个陷阱的随机电报噪声，揭示双态涨落及其速率竞争，该噪声损害纳米器件性能并影响量子设备。
2024-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth-sequence-dependent interface magnetism of SrIrO$_3$ - La$_{0.7}$Sr$_{0.3}$MnO$_3$ bilayers
研究了氧化物3d铁磁体La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_{3}$（LSMO）和5d顺磁体SrIrO $_{3}$（SIO）的双层结构中界面态对于SIO上LSMO的生长顺序，铁磁性强烈改变，并且已经观察到与缺乏磁饱和度相关的大的面外倾斜各向异性，最高可达4 T。采用脉冲激光沉积法在SrTiO $_3$（001）衬底上以两种生长顺序共格生长了双层薄膜，并用扫描透射电子显微镜（STEM）和X射线衍射（XRD）对其结构进行了表征。磁化强度和磁场依赖的Mn L $_{2,3}$边缘X射线磁性圆二色性（XMCD）的测量揭示了LSMO磁序的变化，在SIO上的LSMO磁序强，而在SIO之下的LSMO磁序弱。我们属性的生长序列的影响，以界面晶格结构/对称性，这是已知的影响界面磁耦合。
2020-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Grafted Low-Leakage Si/AlN p-n Diodes Enabled by Fluorinated AlN Interface
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）；Northrop Grumman Corporation（诺斯罗普·格鲁曼公司）；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
本文提出一种通过氟化诱导AlFx形成与SiNx钝化结合的界面工程方法，有效抑制p-Si/n-AlN异质结二极管的缺陷辅助漏电流，提升器件性能。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Low thermal boundary resistance at bonded GaN/diamond interface by controlling ultrathin heterogeneous amorphous layer
本研究采用表面活化键合技术在GaN与金刚石间形成超薄非晶异质SiOx界面层，实现了创纪录低的8.3 m2-K/GW热边界阻力，并揭示了TBR随厚度增加的声子传输抑制机制。
2024-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Blocking transition of interface traps in MoS$_2$-on-SiO$_2$ FETs
本研究通过界面陷阱占据动力学模型，揭示了MoS$_2$-on-SiO$_2$场效应晶体管在冷却时迟滞急剧减小的阻塞转变机制，并在低温下实现了对阈值栅极电压的宽范围可逆调控。
2023-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accurate Modeling of Gate Leakage Currents in SiC Power MOSFETs
Vienna University of Technology (TU Wien)（维也纳工业大学）
本文提出了一种基于物理的模拟框架，用于精确建模SiC功率MOSFET中的门漏电流，通过耦合静电学、量子隧穿、载流子输运等过程，实现了对SiC MOS电容器在宽温度和偏压范围内的门电流-电压特性的定量再现。
2025-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Influence of interface dipole layers on the performance of graphene field effect transistors
石墨烯在费米能级附近的能带的线性能带色散产生了其独特的电子性质，例如巨大的载流子迁移率，这引发了对石墨烯场效应晶体管（GFET）等应用的广泛研究。然而，GFET通常表现出比预期的器件性能差得多的器件性能。这归因于石墨烯的电子性质对周围界面的强烈依赖性。在这里，我们研究了石墨烯通道和SiO $_{2}$之间的界面，并通过光电子能谱显微镜实现在界面处的能带排列的过程的详细测定。我们的研究结果表明，石墨烯的电子性质调制的亲水性SiO $_{2}$表面，但不是由疏水性的。通过结合光电子能谱与GFET传输特性表征，我们表明，在界面上的电偶极子，这反映了SiO $_{2}$表面电化学的存在下，确定GFET器件的性能。作为极性的函数的电阻对栅极电压的滞后归因于栅极电压对偶极层的反转。这些数据为GFET器件的优化铺平了道路。
2019-07-07 cond-mat.mtrl-sci
On the physical origins of switching diversity in Cu-embedded SiO$_x$ memristive devices
Ruhr University Bochum（鲁尔大学波鸿分校）；Kiel University（基尔大学）；Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems ENAS（弗劳恩霍夫电子纳米系统研究所）
本研究通过模拟框架揭示Cu嵌入SiO_x忆阻器件中界面型和细丝型开关多样性的微观机制，准确重现七种实验I-V响应。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent processes at the crystalline Si-SiO_2 interface at high magnetic fields
本文对高磁场（B_0 ~ 8.5 T）下（111）取向掺磷（[P] ~ 10^15 cm ^3）硅/二氧化硅界面上自旋相关的过剩载流子跃迁的性质进行了实验研究。在3 K < T < 12 K的温度范围内，对31 P施主电子超精细分裂跃迁和顺磁界面缺陷进行了电探测磁共振（EDMR）谱研究。在这些以前未达到的（EDMR）磁场强度的结果揭示了自旋相关的过程，不同于以前充分研究的31 P施主和P_b态之间的复合，这在低磁场占主导地位的主导地位。虽然31 P和P_b态的磁共振电流响应仍然存在，但它们不相关，只有P_b的贡献与能量和物理上相邻的P_b态之间的自旋相关隧穿引起的界面过程有关。这项工作提供了一个实验演示的自旋相关隧道之间的物理相邻和相同的电子状态所提出的凯恩读出施主量子比特。
2008-06-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
First-Principles Study for Evidence of Low Interface Defect Density at Ge/GeO$_2$ Interfaces
我们根据第一性原理总能量计算提出了Ge/GeO $_2$界面低缺陷密度的证据。比较了Ge/GeO $_2$界面和Si/SiO $_2$界面原子发射释放晶格失配应力的能量优势。Ge/GeO $_2$的能量优势小于Si/SiO $_2$的能量优势，这是因为GeO $_2$中的键合网络具有很高的柔性。因此，在氧化过程中Ge原子发射的抑制导致Ge/GeO $_2$界面的电性能的改善。
2009-04-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin lifetime anisotropy in graphene induced by the SiO2 interface
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2））；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Hefei University of Technology（合肥工业大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Montana State University（蒙大拿州立大学）
该研究通过数值模拟揭示SiO₂衬底诱导石墨烯产生自旋寿命各向异性，其结果为解释相关实验及指导石墨烯自旋电子学的衬底工程提供了关键依据。
2026-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Polar catastrophe, electron leakage, and magnetic ordering at the LaMnO$_3$/SrMnO$_3$ interface
从模型哈密顿量研究了极性突变导致的LaMnO $_3$ /SrMnO $_3$（LMO/SMO）（100）极性界面的电子重构，该模型包括与锰氧化物相关的双交换和超交换相互作用、Madelung势和Jahn-Teller耦合项.我们表明，源自交替带电LMO层和中性SMO层的极性灾难会因界面区域每个电池额外半电子的积累而被猝灭，就像LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$界面的情况一样。此外，Mn e $_g$电子从LMO侧泄漏到SMO侧，泄漏的程度由界面势垒和衬底诱导的外延应变控制。泄漏的电子介导了齐纳双交换，使邻近界面的层成为铁磁的，而远离界面的两种大块材料保留了它们原始的A型或G型反铁磁结构。半金属导带在界面处产生，夹在两个绝缘体之间。我们还研究了如何电子泄漏，从而磁有序的衬底诱导外延应变的影响。并与（LMO）$_6$ /（SMO）$_4$超晶格的密度泛函计算结果进行了比较.
2009-12-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
An ab initio investigation of Bi$_2$Se$_3$ topological insulator deposited on amorphous SiO$_2$
我们使用第一性原理模拟研究了沉积在非晶SiO2上的Bi $_2$ Se $_3$薄膜的拓扑性质，Bi $_2$ Se $_3$ /a-SiO $_2$，这是一种有前途的拓扑绝缘体（TI）基器件应用的衬底。Bi $_2$ Se $_3$薄膜与a-SiO $_2$通过范德华力相互作用形成键合。在与衬底相互作用时，Bi $_2$ Se $_3$拓扑表面和界面态仍然存在，但是Dirac-like锥之间的简并被破坏。两个Dirac-like锥之间的能量分离随着沉积在衬底上的Bi $_2$ Se $_3$五重层（QL）的数量而增加。这种简并断裂是由（i）从TI到衬底的电荷转移和沿着Bi $_2$ Se $_3$ QL的电荷再分布，以及（ii）与a-SiO $_2$衬底接触的QL的变形引起的。我们还研究了在a-SiO $_2$上的氧空位（V $_O$）所起的作用，它增加了两个Dirac-like锥之间的能量分裂。最后，通过对Bi $_2$ Se $_3$ /a-SiO $_2$的电子结构进行映射，我们发现，即使在V $_O$的存在下，a-SiO $_2$表面态也对Bi $_2$ Se $_3$的电子输运性质起次要作用。
2016-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Large remnant polarization in a wake-up free Hf0.5Zr0.5O2 ferroelectric film
通过调节臭氧脉冲宽度、退火工艺和金属/绝缘体界面，获得了迄今为止具有最高剩余极化（Pr）值的无唤醒Hf0.5Zr0.5O2（HZO）铁电薄膜.在HZO薄膜的原子层沉积过程中的臭氧剂量似乎是一个重要的参数，在抑制驱动唤醒效应的机制。具有相对低的热膨胀系数的钨盖电极能够诱导面内拉伸应变，这在退火工艺的冷却步骤期间增加斜方晶相的形成，同时减少单斜晶相的形成。因此，提高退火温度TA，随后快速冷却至室温导致2 Pr值显著增加（64 uC/cm 2）。然而，漏电流显著增加，这会影响金属-绝缘体-金属（MIM）器件的性能。为了减少漏电流，同时保持热退火过程中的机械应力，10 nm的Pt层之间的W/HZO底部界面插入。这导致漏电流降低约20倍，而2 Pr值几乎保持恒定（约60 uC/cm 2）。在Pt/HZO界面处的势垒高度的增加相比，与通过引入Pt/HZO界面的界面氧化物（WOx）的形成的抑制相耦合的W/HZO界面用于降低漏电流。
2021-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Contact Resistance Across Nanoscale Silicon Dioxide and Silicon Interface
二氧化硅与硅（SiO $_{2}$ /Si）界面在半导体工业中起着非常重要的作用。然而，在纳米尺度下，其界面热性质至今还没有得到很好的理解。本文利用分子动力学模拟系统地研究了非晶二氧化硅和晶体硅异质结的界面热阻（Kapitza热阻）。结果表明，SiO $_{2}$ /Si界面的Kapitza电阻与界面耦合强度密切相关。在弱界面耦合极限下，Kapitza电阻依赖于详细的界面结构和异质结的长度，在不同的样品之间表现出较大的波动。与此相反，它几乎是不敏感的详细的界面结构或在强界面耦合限制的异质结的长度，在室温下产生约0.9 $\times10^{-9}$ m $^{2}$ KW $^{-1}$的几乎恒定的值。此外，还研究了在强界面耦合极限下的温度依赖性Kapitza电阻。研究结果为纳米SiO $_{2}$ /Si界面的热管理和散热提供了有益的指导，尤其是对基于硅纳米线的纳米电子和光子器件的设计具有重要意义。
2012-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Role of Local Structural Variation in X-ray Photoelectron Spectrum of Silicon Oxide Interfaces
University of Turku（图尔库大学）
研究发现硅氧化物宽X射线光电子谱线源于芯能级结合能的连续统计分布，统计模拟定量再现了从Si到SiO₂的展宽，挑战了传统化学态分配。
2026-10-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Elucidating the Role of Prelithiation in Si-based Anodes for Interface Stabilization
本文定量分析了预锂化在SiO$_x$和Si负极上形成的含多种硅酸锂相的马赛克界面，揭示其区别于常规SEI并提升循环稳定性，使SiO$_{1.3}$全电池首次库仑效率达94%。
2023-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Defect Profiling of Oxide-Semiconductor Interfaces Using Low-Energy Muons
低能μ子自旋旋转（LEμSR）是一种强有力的原子核方法，可以在$\approx$ \SI{200}{\nano\meter}尺度上研究表面附近区域和薄膜的电磁性质。在这项工作中，我们展示了利用低能量μ子对氧化物-半导体界面进行深度分辨表征的潜力，即硅（Si）和碳化硅（4 H-SiC）。二氧化硅（SiO $_2$）生长的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和热氧化的SiO $_2$ -半导体界面的接口和缺陷的形成进行了比较。μ的纳米深度分辨率允许氧化物层和半导体层之间的明确区分，同时还量化了由Si和SiC的氧化引起的结构变化的范围。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
