Understanding the role of threading dislocations on 4H-SiC MOSFET breakdown under high temperature reverse bias stress
研究了4 H-SiC MOSFET在高温反向偏置（HTRB）应力作用3个月后发生介质击穿的原因。对失效器械的局部检查表明，在击穿位置存在螺纹位错（TD）。先进的高空间分辨率扫描探针显微镜（SPM）技术突出了介电击穿的纳米级起源。特别是，SPM揭示了TD的导电性质和接近缺陷的少数载流子浓度的局部增加。数值模拟估计的空穴浓度比理想的4 H-SiC晶体大13个数量级。在器件的特定区域中的空穴注入解释了应力下栅极氧化层的失效。通过这种方式，TD在4 H-SiC MOSFET的介质击穿中的关键作用得到了明确的证明。
2020-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Simulation studies of Single Event Effects in Ga$_2$O$_3$ MOSFETs
本文研究了$β$ -Ga $_2$ O $_3$ MOSFET中导致单粒子烧毁的单粒子效应.使用Silvaco TCAD，进行2D模拟以理解横向Ga $_2$ O $_3$晶体中SEB机制背后的机制。通道中的高电场起到了关键作用，导致高冲击产生率和最终的SEB。为了减小沟道中的电场，然后提出了具有圆形栅极和使用高介电常数（k）电介质与SiO $_2$的组合的辐射硬化设计。在HfO $_2$ -SiO $_2$介质组合中，观察到在LET=10 MeV/mg/cm $^2$处的550 V的SEB阈值。然而，为了在极端辐射条件下操作，提出了非常高k介电材料BaTiO $_3$与SiO $_2$的组合。使用辐射加固设计，SEB阈值高达1000 V的LET=75 MeV/mg/cm $^2$可以实现这是高于国家的最先进的技术。还计算了在离子撞击事件期间耗散的能量，并且观察到它低于SiC MOSFET的能量。
2023-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
An Investigation into the $HfO_2/Si$ Interface: Materials Science Challenges and their Effects on MOSFET Device Performance
自20世纪60年代戈登·摩尔提出电子器件中的晶体管密度应该每两年翻一番，而成本减半以来，半导体行业一直将这一说法牢记在心。在过去的几十年里，没有其他行业的增长甚至接近半导体行业的增长。这一切都是由于那些聪明的头脑们不懈地努力缩小晶体管而取得的一系列巧妙的突破而成为可能。其中最新的是使用高k晶体管和返回到金属栅极与3D晶体管架构相结合。这是从90 nm节点过渡到45 nm节点的技术，使我们能够进一步缩小晶体管，而不会失去额外的栅极控制。与SiO2相比，使用高k栅极电介质的根本原因是进一步缩小我们的栅极氧化物（已经在几埃）不再是获得额外栅极控制的可行选择。高k电介质通过利用电容器的基本物理学和MEMS的材料科学来克服这一点，以提供一种可行的选择来增加栅极控制，而不需要连续更薄的栅极氧化物。氧化铪是此类材料中研究最多和最受欢迎的。它的高介电常数约为16-25，在工作温度下与硅的界面稳定性使其成为当前CMOS技术的理想选择。尽管表面上看起来很简单，但制造这种高k HfO 2/Si界面的过程充满了工艺的微妙之处和细微差别。在这篇学期论文中，我们希望探索这些高k HfO 2/Si界面的物理和材料科学，讨论在实际制造过程中遇到的挑战和克服这些挑战的方法，以及这最终如何影响我们的器件性能。
2022-06-20 cond-mat.mtrl-sci
An Analytical 2-D Model of Triple Metal Double Gate Graded Channel Junctionless MOSFET with Hetero-dielectric Gate Oxide Stack
本文导出了横向渐变沟道三金属双栅无结场效应晶体管的二维解析模型，该晶体管具有由SiO $_2$和HfO $_2$组成的异质介质栅氧化层。该模型说明了更高的驱动电流和更好的性能，对危险的SCE和HCE在低于30 nm的制度。本文采用抛物近似方法，通过求解二维泊松方程，在适当的边界条件下构造沟道势和电场。给出了基本的中心电势和表面电势以及中心电场和表面电场，推导了阈值电压、DIBL、亚阈值摆幅（SS）和一个简洁的电流模型。这些参数清楚地显示了所提出的具有异质电介质栅极氧化物堆叠的渐变沟道三金属双栅极结构的优点。该器件具有更好的Ion和Ioff控制，在低功耗应用中具有可靠性。最后，分析模型进行了验证与自洽的数值计算，以说明更好的性能之间可用的无结器件。
2021-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optical investigation of the natural electron doping in thin MoS2 films deposited on dielectric substrates
二维（2D）化合物为新型分层器件和混合光子结构提供了独特的构建块。然而，在薄膜中，大的表面积与体积比增强了表面相互作用和充电效应的重要性，需要新的理解。在这里，我们使用显微光致发光（PL）和超声力显微镜，探讨的介电环境对几个单层二硫化钼薄膜的光学性质的影响。发现沉积在SiO2衬底上的MoS2薄膜的PL光谱变化很大。通过用SiO2和SiN对MoS2进行额外的覆盖来抑制这种膜与膜之间的变化，从而改善MoS2与周围的SiO2的机械耦合。我们发现，所观察到的PL的不均匀性有关的强烈变化，在局部的电子充电的二硫化钼膜。在完全封装的膜中，负电荷增强，导致均匀的光学性质。观察到的2D薄膜的光学特性的表面相互作用的灵敏度很大的层状材料的光电子学应用具有重要意义。
2014-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of hydrogen atoms in silicon layers deposited from molecular beams on dielectric substrates
本文详细研究了分子束低温真空条件下在多层Si $_3$ N $_4$ /SiO $_2$ /c-Si衬底上生长非氢化非晶硅和多晶硅薄膜的过程。氢原子从电介质层扩散到生长膜中被示出为伴随着硅膜在通过CVD沉积的Si $_3$ N $_4$层上或在通过硅晶片的热氧化获得的SiO $_2$层上的生长。利用傅里叶变换红外光谱研究了氢从介质衬底向硅膜迁移的过程。红外光谱中与N-$-$ H键振动相关的谱带处红外吸收的减少和与Si-$-$ N键振动相关的谱带处红外吸收的增加表明，在从分子束沉积Si期间，氢原子离开Si $_3$ N $_4$层。在沉积在Si $_3$ N $_4$和SiO $_2$层上的样品的IR光谱中出现的、归属于Si $-$ H键在$\sim 2100$ cm $^{-1}$处的价振动的吸收带表明氢原子在硅膜中的积累。介电层和硅膜中的氢原子的化学势差解释了氢原子从Si $_3$ N $_4$或SiO $_2$层转移到生长的硅膜中。
2019-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Deposition Enhanced Crystallization in Atomic-Layer-Deposited Indium Oxide Transistors Achieving High Gated-Hall Mobility Exceeding 100 cm2/Vs at Room Temperature
National Key Laboratory of Advanced Micro and Nano Manufacture Technology and School of Information Science and Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学信息科学与电子工程学院）；Beijing Superstring Academy of Memory Technology（北京超弦存储器研究院）
本研究通过顶部HfO2沉积增强In2O3结晶，使室温栅控霍尔迁移率达100.9 cm2/Vs，100 K时达162.2 cm2/Vs，为高迁移率晶体管提供可扩展路径。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Temperature and terahertz frequency dependence of the dielectric properties of Fe3O4 thin films deposited on Si substrate
Fe $_3$ O $_4$ /Si薄膜由于具有高温磁转变和半导体性质，被认为是一种很有前途的THz自旋电子学应用材料。本文研究了Si衬底上不同厚度的Fe $_3$ O $_4$薄膜（Fe $_3$ O $_4$ /Si）在2- 300 K温度范围内THz波段的介电常数（$ε_1$）和光学电导率（$σ_1$）的实部。虽然厚度为$\geq$ 115 nm的薄膜的磁化强度在Verwey转变温度T $_v$ = 121 K处显示出明显的变化，但它们在太赫兹频率范围内的光学性质彼此之间存在显著差异。当Fe $^{+2}$ /Fe $^{+3}$ = 0.54时，$σ_1$最大，$ε_1$最小，这是Fe $_3$ O $_4$的Fe+2/Fe+3的比值。当Fe $^{+2}$ /Fe $^{+3}$的比值偏离0.54时，在所有温度下$σ_1$降低，$ε_1$增加。我们已经表明，在Fe $^{+2}$ /Fe $^{+3}$比例的轻微变化可以引起大的变化的光学性质，这将有意义的Fe 3 O 4薄膜在太赫兹自旋电子学的应用。
2022-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Effect of thermal annealing on dielectric and ferroelectric properties of aerosol-deposited $0.65\text{Pb}(\text{Mg}_{1/3}\text{Nb}_{2/3})\text{O}_{3}-0.35\text{PbTiO}_{3}$ thick films
本文研究500 °C热退火对气溶胶沉积PMN-PT厚膜铁电与介电性能的影响，通过PUND和阻抗谱结合Rayleigh分析发现退火使极化开关与非开关贡献分别提高1.6倍和2.33倍，畴壁介电贡献提高11倍，表明退火通过增加畴壁密度增强铁电行为。
2023-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Evaluating the robustness of top coatings comprising plasma-deposited fluorocarbons in electrowetting systems
包括主绝缘层和疏水顶部涂层的薄电介质叠层通常用于低压电润湿系统中。然而，在大多数情况下，薄的绝缘层不能承受高电压下的持续电润湿测试，即超过饱和起始，因为电解表明介电失效。通过光学显微镜仔细检查样品，发现在高电场下顶部涂层可能局部分层。因此，试图通过等离子体沉积的碳氟化合物中间层来改善疏水性顶部涂层对主电介质的粘附强度。足够有趣的是，所提出的电介质叠层表现出a）对介电击穿的抗性，b）更高的接触角调制范围，和c）电润湿循环可逆性。在饱和状态下的电解的出现被抑制，这表明使用这种疏水电介质叠层的设计更有效的电润湿系统。纳米划痕表征的性能改善的可能原因进行了研究。
2011-10-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hydrogenated Amorphous Silicon Carbide: A Low-loss Deposited Dielectric for Microwave to Submillimeter Wave Superconducting Circuits
低损耗的沉积超导体将有利于超导器件，如集成超导谱仪，超导量子比特和动力学电感参量放大器。与平面结构相比，微带等多层结构更紧凑，消除了高频下的辐射损耗。多层结构最容易用沉积的介电层制造，其通常表现出比晶体介电层更高的介电损耗。用NbTiN/a-SiC：H/NbTiN微带谐振器超导芯片测量了氢化非晶碳化硅（a-SiC：H）的亚开尔文、低功率微波和毫米波介电损耗。我们通过等离子体增强化学气相沉积在400°C的衬底温度下沉积a-SiC：H。a-SiC：H在270至385 GHz的范围内具有范围从$0.80 \pm 0.01 \times 10^{-4}$至$1.43 \pm 0.04 \times 10^{-4}$的mm-亚mm损耗角正切。微波损耗角正切为$3.2 \pm 0.2 \times 10^{-5}$。这些是最低的低功率亚开尔文损耗角正切，已报告的微带谐振器在毫米-亚毫米和微波频率。我们观察到损耗角正切随频率增加。a-SiC：H膜没有气泡并且具有低应力：在200 nm厚度下的$-$ 20 MPa压缩至在1000 nm厚度下的60 MPa拉伸。
2021-10-07 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci
Low microwave loss in deposited Si and Ge thin-film dielectrics at single-photon power and low temperatures
我们的研究表明，沉积的Ge和Si介质薄膜可以表现出低的微波损耗在近单光子功率和亚开尔文温度（$\approx$ 40 mK）。这种低损耗使其能够用于各种器件，包括低损耗共面、微带和带状线谐振器，以及用于微波和约瑟夫森结电路制造中的器件隔离、布线间隔离和钝化的层。我们使用具有2-16 $μ\textrm{m}$的窄迹线宽度的共面微波谐振器结构，以最大化损耗角正切测量对沉积物的界面和性质的灵敏度，而不是优化品质因数。在该配置中，沉积在Si（100）上的热蒸发的$\approx 1 μ\textrm{m}$厚的非晶锗（a-Ge）膜具有$1-2\times10^{-6}$的单光子损耗角正切，并且$9 μ\textrm{m}$厚的化学气相沉积（CVD）同质外延Si具有$0.6-2\times 10^{-5}$的单光子损耗角正切。界面污染限制了这些设备中的损耗。
2021-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Critical-point model dielectric function analysis of WO$_3$ thin films deposited by atomic layer deposition techniques
通过原子层沉积生长WO 3薄膜，并利用在0.72-8.5 eV的光子能量范围内收集的来自多个样品的光谱椭圆偏振数据来确定WO 3的频率依赖的复值各向同性介电函数。我们采用临界点模型介电函数分析和确定一个参数化的振荡器，并比较观察到的临界点的贡献与垂直跃迁能量分布内发现的能带结构的WO 3计算密度泛函理论。我们调查表面粗糙度与原子力显微镜和椭圆偏振法确定的有效粗糙层厚度进行比较。
2018-05-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Channel Length Scaling of MoS2 MOSFETs
在这篇文章中，我们研究了沟道长度从2 μm到50 nm范围内的双掺杂体（UTB）MoS 2二维（2D）晶体的电输运性质。我们比较了具有不同沟道厚度的MOSFET的短沟道行为，并揭示了MoS 2晶体管对短沟道效应的优越免疫力。我们没有观察到明显的短沟道效应的器件上的100 nm沟道长度（Lch）上制造的5 nm厚的二硫化钼2D晶体，即使使用300 nm厚的二氧化硅作为栅极电介质，并有一个电流开/关比高达~109。我们还观察到在短沟道器件的导通电流饱和与连续缩放由于载流子速度饱和。此外，我们揭示了短沟道MoS 2晶体管的性能限制是由Ni和MoS 2界面之间的肖特基势垒的大接触电阻所主导的，其中需要完全透明的接触来实现高性能的短沟道器件。
2012-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of ozone post deposition treatment on interfacial and electrical characteristics of atomic-layer-deposited Al2O3 and HfO2 films on GaSb substrates
采用原位臭氧后处理（PDT）技术对GaSb衬底上原子层沉积的Al 2 O3和HfO 2薄膜进行处理。研究了臭氧光动力疗法对GaSb衬底上Al 2 O3和HfO 2栅介质膜的界面和电学性能的影响。结果表明，臭氧光动力疗法可以改善Al 2 O3和HfO 2薄膜的介电性能和界面特性。在原位臭氧PDT 5 min后，GaSb衬底上的Al 2 O3和HfO 2薄膜表现出改善的电学和界面特性，如降低的频率色散，栅极漏电流，边界陷阱和界面陷阱。界面陷阱密度减少了约24%的Al 2 O3/GaSb堆栈和约27%的HfO 2/GaSb堆栈。原位臭氧PDT被证明是一种很有前途的技术，在提高质量的高k栅堆叠在GaSb衬底上。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of InSb quantum wells with atomic layer deposited gate dielectrics
我们报告的磁输运测量的门控InSb量子阱（QW）与高品质的Al 2 O3陶瓷（40 nm厚）的原子层沉积生长。磁阻数据表明，在零栅压（Vg）的样品中的平行导电沟道。Al 2 O3和InSb顶层之间的良好界面确保了平行沟道在负Vg处耗尽，并且QW中的二维电子密度由Vg以6.5 × 1014 m-2 V-1的大比率调谐，但在大的负Vg处饱和。这些发现与自洽薛定谔-泊松模拟和双载流子模型所提出的量子阱的层结构密切相关。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strongly dispersive dielectric properties of high-ScN-fraction ScAlN deposited by molecular beam epitaxy
该研究系统表征了MBE生长的高ScN含量ScAlN薄膜的介电特性，发现其介电常数随ScN含量和频率显著变化，并与溅射样品形成对比，揭示了沉积方法对材料介电行为的根本影响。
2025-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-Yield of Memory Elements from Carbon Nanotube Field-Effect Transistors with Atomic Layer Deposited Gate Dielectric
碳纳米管场效应晶体管（CNT FET）已被提议作为未来纳米电子学的可能构建块。但是CNT FET的挑战在于它们似乎在其传输特性中随机地显示不同的滞后量。滞后通常归因于纳米管和栅极之间的电介质层中的电荷捕获。这项研究包括94个CNT FET样品，提供了一个前所未有的统计基础上看到在五个不同的CNT栅极配置的滞后。我们发现记忆效应可以通过仔细设计纳米薄层的栅介质来控制。通过使用HfO $_{2}$和TiO $_{2}$在三层结构中的原子层沉积（ALD），我们实现了第一个CNT FET，其传输特性具有一致且窄分布的记忆效应。
2008-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Performance N-Type Carbon Nanotube Field Effect Transistors with Chemically Doped Contacts
制备了短沟道（~80 nm）的具有钾（K）掺杂的源极和漏极区以及高k栅介质（ALD HfO2）的n型单壁碳纳米管（SWNT）场效应晶体管（FET）。对于直径约为1.6 nm，带隙约为0.55 eV的纳米管，我们获得了n-MOSFET类器件，由于接触处的化学抑制肖特基势垒，亚阈值摆幅为70 mV/decade，可以忽略的双极导电和高开/关比，在0.5V的偏置电压下高达10^6。结果与最先进的硅n-MOSFET相比毫不逊色，并证明了SWNT在未来互补电子学中的潜力。讨论了掺杂浓度对纳米管器件电学特性的影响。
2005-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Dielectric Response in Ferroelectric Nanocrystals
对厚度低至75 nm的“自立式”单晶钛酸钡电容器的测量显示出典型的大单晶而不是传统薄膜的介电响应。介电峰或损耗角正切明显没有任何加宽或温度漂移。钙的峰值介电常数。25，000，Curie-Weiss分析表明一阶相变行为。这与常规沉积的薄膜异质结构上的结果形成令人惊讶的对比，常规沉积的异质结构显示出大的介电峰展宽和温度漂移[例如，C. B. Parker，J-P. Maria和A. I. Kingon，应用物理学快报，81，340（2002）]，以及顺电-铁电转变的性质从1阶到2阶的明显变化。我们的数据是兼容的最近的模型由Bratkovsky和Levanyuk，属性介电峰展宽的梯度条款，将存在于任何薄膜电容器异质结构，无论是通过在生长过程中引入的缺陷配置文件，或通过顶部和底部电极之间的微妙的不对称性。观察到的一阶转变行为的恢复与我们的实验中不存在显著的衬底夹持一致，如Pertsev等人在Phys. Rev. Lett.，80，1988（1998），并且说明了在常规沉积的薄膜中看到的二阶行为不能归因于系统中降低维度的效应，也不能归因于与电极-铁电界面相关的本征通用界面电容的影响。
2004-06-08 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
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
In-situ MOCVD Growth and Band Offsets of Al$_2$O$_3$ Dielectric on $β$-Ga$_2$O$_3$ and $β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ thin films
本研究考察Al$_2$O$_3$在不同取向和Al组分氧化镓薄膜上的原位MOCVD生长，表征界面质量与能带排列，证明其可替代非原位ALD介质。
2025-01-11 cond-mat.mtrl-sci
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
Substrate Sensitivity of the Adhesion and Material Properties of RF-Pecvd Amorphous Carbon
采用射频等离子体增强化学气相沉积（rf-PECVD）技术制备的氢化非晶碳（a-C：H）是一种具有广阔应用前景的大面积电子和层间电介质材料。在室温下从CH_4/He和CH_4/Ar气体混合物中沉积的rf-PECVD a-C：H的结构和电子性质显示出对沉积薄膜的衬底敏感。衬底（c-Si或C7059玻璃）的选择以及衬底表面上任何金属图案的存在和几何尺寸可导致a-C：H粘附力和材料性质的显著空间变化。所观察到的效果归因于跨金属图案化基板的影响的“本地”直流自偏置的电位变化。这导致生长条件的空间变化，从而导致材料特性的空间变化。对于电子器件和电介质隔离应用，这种效应可能导致工作性能的显著变化。因此，衬底的性质和任何覆盖的金属化图案是重要的考虑因素。
2000-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Giant Rabi splitting and polariton photoluminescence in an all solution-deposited dielectric microcavity
本文首次制备全溶液加工的罗丹明6G介电极化激元微腔，实现超过400 meV拉比分裂，并发现强耦合使双分子湮灭临界激发密度提升逾10倍。
2024-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Influence of the thickness of Si and Ge films deposited on Si$_3$N$_4$/SiO$_2$/Si substrates on their structure and diffusion of hydrogen atoms from Si$_3$N$_4$ layers
用RHEED、FTIR和Raman光谱研究了分子束在Si $_3$ N $_4$ /SiO $_2$ /Si（001）衬底上生长的厚度达200 nm的硅和锗薄膜。在红外吸收光谱中观察到N $-$ H和Si $-$ N吸收带的强度由于硅和锗膜的沉积而发生显著变化。沉积膜越厚，N $-$ H吸收带强度的降低和Si $-$ N吸收带强度的增加越显著。在非晶和多晶Si或Ge薄膜的生长过程中都观察到了这种趋势。在分配给N $-$ H键振动的频带处的IR吸收的减少被解释为通过这些键的断裂，随后由氢原子从Si $_3$ N $_4$层扩散到硅或锗的生长膜中。沉积膜厚度对氢扩散的影响在由介电Si $_3$ N $_4$层和生长的硅或锗膜中的氢原子的化学势差控制的氢原子扩散的模型内进行了讨论。仅在Si或Ge膜的沉积期间当其厚度逐渐增长时，氢原子才从Si $_3$ N $_4$层逃逸。由于化学电势差的下降，膜生长的中断停止了氢原子迁移到膜中。
2021-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Casimir free energy of dielectric films: Classical limit, low-temperature behavior and control
本文研究了真空中自支撑和沉积在金属或介质板上的介质膜的Casimir自由能。它示出的自由能的值在很大程度上取决于是否使用的计算方法忽略或考虑到膜材料的直流电导率。我们证明了在前一种和后一种情况下，分别存在依赖于材料的和普遍的经典极限。本文给出了低温下自支撑介质膜Casimir自由能和Casimir熵的解析表达式，结果表明，如果采用忽略直流电导率的计算方法，Casimir熵在温度为零时趋于零。如果考虑直流电导率，则Casimir熵在零温度下取正值，这取决于膜的参数，即，就违反了能斯特热定理。通过考虑Casimir自由能的二氧化硅和蓝宝石薄膜沉积在Au板的框架中的两种计算方法，我们认为，物理上正确的值是通过忽略直流电导率的作用。与已知的两个平行板的配置的结果进行了比较。最后，我们计算了沉积在不同厚度的高阻硅板上的二氧化硅、蓝宝石和锗薄膜的Casimir自由能，并证明了它可以是正的、负的和等于零。讨论了所得结果在微电子学用薄膜中的可能应用。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Measurements of mechanical thermal noise and energy dissipation in optical dielectric coatings
近年来，越来越多的设备和实验表明，机械热噪声的限制。特别是亚赫兹激光频率稳定和引力波探测器，能够测量1 E-18 m/rtHz或更小的波动，受到沉积在反射镜上的电介质涂层中的热噪声的限制。本文提出了一种测量微悬臂梁上低吸收介质膜热噪声的新方法，并与机械损耗测量结果进行了比较。涂层热噪声是在最宽的频率范围内测量的，具有有史以来最高的信噪比。此外，我们提出了一种新的技术来推断涂层的机械损耗的机械品质因数的测量，它不依赖于知识的涂层和基板的杨氏模量。电介质涂层是通过离子束溅射沉积的。本文给出的结果给出了（4.70 $\pm$ 0.2）× 1 E-4的与频率无关的损耗角，退火钽从10 Hz到20 kHz的杨氏模量为118 GPa。对于沉积态二氧化硅，在该频率范围内观察到弱的频率依赖性（~ f^{-0.025}），在16 kHz下杨氏模量为70 GPa，内阻尼为（6.0 $\pm$ 0.3）× 1 E-4，但该值在退火后减小一个数量级，并且频率依赖性消失。
2014-03-10 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Schottky-diode design for the world's leading telecommunication
肖特基二极管，BN/GAN层状复合材料接触到块体铝，理论上是合理的，以收集X波段以上的无线能量。根据我们的第一原理计算，GAN层的插入显着影响层状复合材料的光学性质。研究了BN/GAN层状复合材料的相对介电常数随层间距的变化规律，最佳介电常数为3.1。此外，我们设计了另一个肖特基二极管通过纳米结构。我们的第一性原理计算表明，氮化硼单层的相对介电常数可以最小化到1.5，只有当它被沉积在铝单层。很难找到介电常数接近1的半导体，这可能会将Al/BN基整流天线的截止频率推向高频带5G网络。
2021-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Layer-Deposited Al2O3 on Bi2Te3 for Topological Insulator Field-Effect Transistors
我们报道了双栅调制的拓扑绝缘体场效应晶体管（TI FET）的Bi 2 Te 3薄片与原子层沉积（ALD）的Al 2 O3高k电介质集成。原子力显微镜研究表明，ALD Al 2 O3是均匀生长在这种层状结构的通道材料。电学特性表明，ALD前体的正确选择和相关的表面化学在基于Bi 2 Te 3的TI FET的器件性能中起着关键作用。我们在这些器件上同时实现了顶栅和底栅控制，并且采用同时双栅控制实现了76.1%的最高调制率。
2011-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain effect engineered in α-Al2O3/monolayer MoS2 interface by first principle calculations
随着低维过渡金属二硫属化物（TMDCs）基金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的发展，半导体与金属氧化物半导体之间的界面对半导体的形貌和电荷输运有着显著的影响，因而受到了广泛的关注。在这项研究中，第一性原理计算被用来调查之间的界面诱导的应变效应Al 2 O3（0001）和单层MoS 2。结果表明，厚度为1.3nm的Al_2O_3可以在MoS_2单层膜上施加0.3%的应变。应变效应随着介质层厚度的增加而单调增加。对温度效应的研究也表明，温度升高会引起晶格的单调膨胀。我们的研究表明，介电工程可以是一个有效的工具，应变效应的纳米技术。
2016-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ge thin-films with tantalum diffusion-barriers for use in Nb-based superconductor technology
锗薄膜在超导微波谐振器中用作低损耗电介质、在微波和约瑟夫森结器件中用作低损耗层间金属布线电介质以及用作钝化层等方面都是很好的选择。在400 °C下沉积的Ge/Nb结构中，我们观察到多达20 nm的混合。添加10 nm Ta扩散阻挡层将超导体/电介质混合减少到小于5 nm，并基于拉曼光谱增强沉积的a-Ge层的结构特性。此外，超导微波谐振器在室温下与Ta阻挡层的晶体Ge衬底上制作的总的和功率依赖的两个级别的系统微波损耗显着改善。
2021-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Dielectric Properties of Noncrystalline HfSiON
研究了不同原子组成的非晶态氮氧化铪硅（HfSiON）薄膜的介电性能。在O、N和Ar混合气氛中，通过反应溅射Hf和Si来沉积膜。用X射线光电子能谱学（XPS）、反射电子能量损失谱（REELS）、卢瑟福背散射谱（RBS）和X射线衍射（XRD）分别对样品的成键状态、带隙能、原子组成和堆积态进行了表征。光学（高频）介电常数由椭圆偏振法测量的反射率的平方光学确定。通过测量Au/HfSiON/Si（100）结构的电容，计算了其静态介电常数。据观察，在薄膜中的低N掺入导致形成只有Si-N键没有Hf-N键。在Hf-N键开始形成的边界处，观察到带隙能量的突然降低。通过结合原子浓度和键合状态的数据，我们发现HfSiON可以被认为是由四种绝缘组分组成的伪四元合金：SiO $_2$，HfO $_2$，Si $_3$ N $_4$，和Hf $_3$ N $_4$。薄膜的光学和静态介电常数与N浓度呈非线性关系，其行为可以理解为Hf-N键的突然形成。
2006-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Quantum friction between oscillating crystal slabs: Graphene monolayers on dielectric substrates
本文从理论上描述了两个非接触准二维晶体之间的能量传递过程，并与两个准二维晶体作匀速平行运动的情况进行了比较。我们应用该理论来计算范德华能量和耗散能量在两个振荡板，每个板由一个石墨烯单层沉积在二氧化硅衬底。石墨烯的介电响应从第一原理确定，和SiO2表面响应使用经验局部介电函数描述。我们研究了驱动频率和石墨烯掺杂对vdW吸引力的影响。我们提出了通过调节石墨烯掺杂EF i和驱动频率ω 0来控制板片的粘附和解粘的想法。我们发现简单的ρ 02依赖vdW和耗散能量。由于Dirac等离子体激元是板之间能量传递的主要通道，因此在同等掺杂的EF 1 = EF 2 = 0石墨烯中的耗散功率显示出强的ω 0 = 2 omegap峰。当石墨烯沉积在SiO2衬底上时，该峰显著降低。如果只有一个石墨烯是原始的（EFi = 0），则2 omegap峰消失。对于较大的分离α，声子损失也变得重要，并且掺杂导致源自石墨烯-基板板中的杂化电子-声子激发之间的共振耦合的许多峰的移位、出现和消失。
2018-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Improvement of dielectric loss of doped Ba0.5Sr0.5TiO3 thin films for tunable microwave devices
采用脉冲激光沉积（PLD）技术在（100）LaAlO 3基片上制备了不同Al 2 O3含量的Al 2 O3-Ba0.5Sr0.5TiO3（Al 2 O3-BST）薄膜。Al_2O_3-BST薄膜是制备低介电损耗、高品质因数的微波可调谐铁电薄膜的理想体系。为了比较的目的，还制备了纯BST薄膜。用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对薄膜的结构和形貌进行了分析，结果表明，Al 2 O3-BST薄膜的表面粗糙度随着Al 2 O3含量的增加而增加。此外，XRD分析结果表明，随着Al_2O_3掺杂量的增加，Al_2O_3-BST薄膜的晶粒尺寸减小。用自制的双谐振腔法在~ 7.7GHz频率下测量了Al_2O_3-BST薄膜的介电特性。与纯BST薄膜相比，掺杂Al 2 O3的BST薄膜的介电常数、介电损耗和介电可调谐性显著降低。我们的研究结果表明，品质因数（K），用于比较不同的介电性能的薄膜，随着Al 2 O3含量的增加。因此，Al_2O_3-BST薄膜在可调谐微波器件中具有潜在的应用前景。
2003-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Could the negative capacitance effect be used in field-effect transistors with a ferroelectric gate?
本文分析了由SiO_2和弱铁电HfO_2构成栅绝缘层的金属氧化物-铁电场效应晶体管（MOSFET）的电势、电场、极化和电荷分布以及微分电容。当HfO_2层的厚度接近尺寸诱导铁电-顺电相变的临界厚度时，有可能获得准稳态的负电容C_（HfO_2）<0。准稳态负电容是铁电体的一种非常缓慢变化的瞬态，对应于整个系统的正电容，因此它的出现并不违反任何热力学原理。栅极绝缘层的准稳态负电容C_ins的实现可以打开将MOSFET亚阈值摆幅降低到临界值以下以及将栅极电压降低到基本玻尔兹曼极限以下的主要可能性。然而，我们没有找到在准稳态下C_ins为负的参数，因此，负的C_（HfO_2）不能使亚阈值摆幅降低到基本极限以下。然而，随着C_（HfO_2）<0，C_ins的增加可以减小摆幅，减少器件在工作循环中的发热，从而有助于进一步改善MOSFET的性能。
2022-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Localisation of hexagonal boron nitride colour centres using patterned dielectric layers on graphene
本文提出利用原子层沉积在石墨烯上生长图案化Al2O3介电柱来定位hBN色心发射，抑制电荷转移猝灭，并支持垂直电场器件架构，为可扩展量子器件应用奠定基础。
2025-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanolaminated Al2O3/HfO2 dielectrics for silicon carbide based devices
采用等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术在碳化硅（4 H-SiC）衬底上制备了Al_2O_3/HfO_2纳米叠层薄膜以及Al_2O_3和HfO_2单层栅结构。所有三种介电膜都在低至250°C的温度下沉积，总厚度约为30 nm，特别是纳米层压Al 2 O3/HfO 2膜通过交替纳米Al 2 O3和HfO 2层来制造。纳米层压Al 2 O3/HfO 2薄膜的结构特征和介电性能进行了评估，并与那些的父Al 2 O3和HfO 2单层。此外，在800°C下退火处理后的结构特性及其演变已经被研究作为其在器件制造流程图中可能实现的测试。收集到的数据的基础上，纳米层压膜表现出具有良好的介电行为相对于简单的氧化物层。
2021-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fluctuation-induced free energy of thin peptide films
我们应用Lifshitz理论的色散力，找到一个贡献的肽膜的自由能所造成的零点和热波动的电磁场。为此目的，利用现有的信息的介电常数的肽的虚部，沿虚频轴的典型肽的介电常数的解析表示设计。波动引起的自由能的数值计算在室温下进行的独立的肽膜，含有不同分数的水，和类似的膜上沉积的电介质（SiO $_2$）和金属（Au）基板。结果表明，独立的肽膜的自由能是负的，因此，有助于其稳定性。自由能的大小随水的分数的增加而增加，并随膜的厚度的增加而减小。对于沉积在电介质衬底上的肽膜，自由能是非单调的。对于厚度大于100 nm的膜，它是负的，在某些膜厚度处达到最大值，但是对于厚度小于100 nm的膜，它消失并且改变其符号。在金属基底上沉积的多肽薄膜的涨落诱导自由能为正值，这使得薄膜的稳定性降低。在这三种情况下，都找到了足够厚的薄膜自由能的简单解析表达式，所得结果可能有助于在下一代尺寸进一步缩小的有机微器件中获得薄膜稳定性。
2019-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Metallo-Dielectric Photonic Crystals and Bandgap Blue-Shift
光子晶体结构最吸引人的方面之一是在构成材料之间具有足够高的介电对比度的结构中产生的光子带隙。了解特定的光子晶体结构及其相关的阻带位置如何选择性地干扰入射光，对于在一系列光学应用中实现这些结构化光子晶体至关重要。金属-介电光子晶体用于将金属颗粒结合到这些结构的有序排列中。我们研究了铜，镍和金金属渗透到聚苯乙烯蛋白石和二氧化钛反蛋白石。我们报道了与金属-介质光子晶体结构直接相关的一致的光学现象。在蛋白石光子晶体中出现了更明显和更多的衍射共振，金属沉积在顶层。蛋白石和反蛋白石结构的共同点是（111）光子阻带位置的蓝移，其幅度随着结构中金属含量的增加而增加。通过改变金属在光子晶体结构中的含量和位置，研究了光子阻带蓝移的原因。引入到结构化介电介质中的金属通过改变光子晶体的有效介电常数来调谐光子阻带。
2021-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Characterization of low-loss hydrogenated amorphous silicon films for superconducting resonators
在毫米-亚毫米天文学中使用的超导谐振器将大大受益于具有小介电损耗的淀积介质。我们使用等离子体增强化学气相沉积法在100°C、250°C和350°C的衬底温度下沉积氢化非晶硅薄膜。所测得的空穴体积分数、氢含量、微观结构参数和键角无序度与衬底温度呈负相关。在120 mK和4-7 GHz下，对于$10^5$光子的谐振器能量，所有三种膜都具有低于$10^{-5}$的损耗角正切。这使得这些薄膜有望用于微波动力学电感探测器和片上毫米-亚毫米滤波器。
2020-12-14 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Detection of deep-subwavelength dielectric layers at terahertz frequencies using semiconductor plasmonic resonators
由掺杂硅制成的等离子体领结天线可以在太赫兹（THz）频率下作为等离子体谐振器工作，并在其间隙附近提供大的场增强。我们从实验和理论上证明了接近天线表面的场限制使得能够检测比自由空间波长薄约3750倍的纳米（100 nm）无机膜。基于模型计算，我们得出结论，探测灵敏度及其随沉积层厚度的变化与天线周围的局部太赫兹场分布的衰减和蝴蝶结天线的间隙中的局部场增强有关。这种大的场增强具有提高基于等离子体激元的生物和化学传感器的检测限的潜力。
2012-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Semiconductor-like Optical Properties Unveiled by Modeling of Short-Period Aluminum Oxide-Copper Multi-Layered Nanocomposites Deposited by Sputtering Atomic Layer Augmented Deposition (SALAD)
本研究通过传输矩阵和色散方法建模分析SALAD制备的300对AlOx-Cu多层纳米复合材料，发现其异常光谱反射率预示着类半导体行为，表明该方法可生成新型金属-介电基半导体。
2022-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Dielectric Reliability and Interface Trap Characterization in MOCVD grown In-situ Al$_2$O$_3$ on $β$-Ga$_2$O$_3$
本文通过MOCVD在β-Ga$_2$O$_3$上原位生长Al$_2$O$_3$，表征界面陷阱，优化沉积工艺实现10年寿命和7.8 MV/cm击穿场强。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High mobility conducting channel at semi-insulating GaAs -- metal oxide interfaces
缺乏有效的GaAs钝化技术限制了III-V族半导体在现代电子学中的使用。这里报告的效果可能会导致这个长期存在的问题的解决方案。我们发现，一个导电的界面通道形成时，绝缘金属氧化物薄膜沉积在未经处理的半绝缘GaAs晶片上的反应RF溅射在氩/氧等离子体。导电沟道为n型，表面电荷密度为10^7 ~ 10^10 cm^-2，霍尔迁移率高达6000 cm ^2/Vsec，具体取决于沉积过程中的射频等离子体激发功率和氧含量。通过沉积任何测试的金属氧化物MgO、SiO2、Al 2 O3和HfO 2来形成导电通道。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Top gating of epitaxial (Bi_{1-x}Sb_x)2Te3 topological insulator thin films
在包含狄拉克点的宽范围内的化学势的可调谐性对于许多基于拓扑绝缘体的未来器件是重要的。本文报道了一种在外延生长的（Bi_{1-x} Sb_x）2Te_3拓扑绝缘体薄膜上制备高效顶栅而不降低薄膜质量的方法。通过原位沉积Al_2O_3覆盖层和低温沉积SiN_x介质层的结合，我们能够保护薄膜在制备过程中不发生退化。我们证明，通过使用这种顶栅，在顶部表面的载流子可以有效地从n型到p型调谐。我们还表明，磁输运性质提供的证据，通过顶部和底部表面的栅极电压的整个范围内，这是唯一可能的，在真正的大容量绝缘样品去耦运输。
2014-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Low-Temperature Atomic Layer Deposition Liftoff Method for Microelectronic and Nanoelectronic Applications
我们报告了一种新的方法，用于沉积图案化的介电层与亚微米功能使用原子层沉积（ALD）。图案化的膜在连续性、平滑度、保形性和最小特征尺寸方面优于溅射或蒸发膜。使用几种不同的前体在100- 150 ℃下沉积膜，并使用PMMA或光致抗蚀剂图案化。低沉积温度允许均匀的膜生长，而没有显著的除气或抗蚀剂层的硬烘烤。这里提出的剥离技术给出了尖锐的台阶边缘，边缘粗糙度低至~10 nm。我们还测量了在类似的低温条件下生长的高k材料氧化铝（k ~ 8-9）、氧化铪（k ~ 16-19）和氧化锆（k ~ 20-29）的介电常数（k）和击穿场。
2003-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate Dielectric Engineering with an Ultrathin Silicon-oxide Interfacial Dipole Layer for Low-Leakage Oxide-Semiconductor Memories
Stanford University（斯坦福大学）；Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd.（台湾积体电路制造股份有限公司）
提出在AOS沟道与high-k栅介质间引入ALD超薄SiL，实现阈值电压稳定调控并显著降低漏电流与刷新能耗，提升存储器可靠性。
2025-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
