半导体材料与电子器件解决方案

从材料到器件

半导体材料

  • 材料的结构、光学、红外等性质
  • 材料的带隙、载流子性质
  • 化合物半导体,低维半导体
  • 点缺陷形成能、跃迁能级与缺陷扩散动力学
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电子器件

  • 金属-半导体接触界面特性
  • 异质结、FET的伏安特性和转移特性
  • 材料与器件的联合优化
  • 器件中的金属互连优化
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光电材料与器件

  • 材料的光学、介电特性
  • 多层堆叠的能带排列
  • 计算器件的光生电流和电压
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表面工艺过程

  • 溅射、刻蚀、沉积等过程动力学
  • 模拟溅射产率、粘附系数及其影响因素
  • 筛选表面热化学反应条件

有机半导体与发光

  • 结构、电子态、载流子特性
  • 金属-有机半导体界面特性
  • OLED电致发光、荧光与磷光特性和量子产率

半导体存储器件

  • 新型半导体存储器件的设计
  • 忆阻器的材料、器件与动力学
  • 自旋电子学器件的材料与机理
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半导体材料与电子器件性能仿真

半导体和微电子技术是当今对我们的日常生活有着重要影响的技术,尤其是在通讯、计算、消费电子、健康、运输、环境和安全领域。为确保高性能、高能效电子器件的发展,工业界开始着眼于可能部分替代传统硅晶体管的 III-V 族化合物、新兴二维电子材料等体系。而要高效寻找新型电子材料离不开原子级别的材料学计算模拟工具,这些工具在纳米电子领域的广泛应用节约了大量的开发成本和实现市场化的时间。

随着半导体器件特征尺度的小到纳米级别,对相关材料与器件进行基于量子力学的原子级别模拟显得越来越重要。这为传统的基于量子力学的材料模拟方法提出了很多的挑战。基于第一原理计算的原子级别模拟方法为半导体器件的模拟提供有效、可靠、快捷的工具,特别双极器件模型和栅极模型的引入可以直接研究诸如异质结、FET等复杂异质结构的各种性质。

结构、电子和光学性质

  • 研究块体材料、片层、纳米线等原子尺度微结构
  • 高效计算能带和精确带隙
  • 深入分析具有缺陷、非晶材料、表面和界面的体系的电子态和振动态
  • 计算带隙材料的光吸收谱、折射率谱、介电函数(实部和虚部)谱
  • 计算材料的红外光谱(包括太赫兹区间的电声耦合)

载流子输运性质

  • 载流子的有效质量,有效质量张量
  • 载流子迁移率。不依赖于经验参数,计算载流子的迁移率、电阻率以及受温度的影响

化合物半导体

  • 使用高效的模型研究合金半导体
  • 研究组分对材料性质的影响

金属-半导体接触与肖特基势垒

  • 直接构造金属—半导体界面,采用更高效的方法对界面处进行有效的优化
  • 耗尽层能带弯曲。直观得到耗尽层的能带图和能带弯曲状况,深入分析半导体-金属接触的电学特性
  • 肖特基势垒。方便的进行金属-半导体接触界面建模,分析耗尽层的电势,直接得到肖特基势垒的形状

堆叠结构和能带排列

  • 直接创建半导体/氧化物/金属等材料界面或多层堆叠结构,采用更高效的方法对界面处进行有效的优化
  • 能带排列。直接作出不同区域的能带排列情况,研究指定位置的态密度

缺陷性质

  • 研究点缺陷的形成能
  • 给出带电点缺陷的能级
  • 研究金属晶界电子散射和电阻率

扩散动力学

  • 研究点缺陷扩散、材料加工和老化过程的动力学
  • 使用自主训练的机器学习力场,更好的研究各种体系动力学

有机半导体

  • 研究有机分子的沉积和成膜过程
  • 研究有机半导体中的载流子迁移率

电子器件性能

  • 在原子尺度上研究异质结器件,平面栅极、FinFET、GGA环栅 FET 器件
  • 有效的对不同区域进行指定浓度的掺杂
  • 器件内部的能带排列和电场分布,理解和优化器件性能
  • 分析异质结源漏偏压对器件电流的影响,得到伏安特性曲线
  • 分析 FET 器件转移特性,并分析开关比、亚阈值斜率、DIBL等关键器件特性

器件中的金属互连

  • 金属纳米、晶界等结构的导电性
  • 金属在衬垫层和阻隔层中的电迁移
  • 多层结构的热流产生和导热情况

表面工艺过程模拟

  • 研究溅射、刻蚀(ALE)和沉积(ALD)等表面工艺过程
  • 计算反应器尺度模型等所需的量,如溅射产率和粘附系数,研究入射能量和角度等对产率的影响
  • 筛选表面热化学过程中的关键反应,寻找理想反应物和最佳反应条件

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