GaN基HFET多栅指结构自加热效应及其优化

研究了在大功率工作条件下的Ga N HFET器件的自加热效应。当Ga N HFET器件工作在大功率条件下时所产生的自加热效应,将会使得器件的有源沟道层的温度升高,影响到器件的工作特性。首先分析了多栅指结构的Ga N HFET器件在一定功耗条件下的的温度分布情况,然后在此基础之上,对Ga N HFET做了相应的优化,使得器件的温度有一定程度的降低。     

AlGaN/GaN HEMT 微加速度计的设计和温度特性研究

采用一种新原理来设计AlGaN/GaN HEMT加速度计,从理论和实验两方面分析和验证了温度的变化对加速度计的输出特性带来的影响。测试了AlGaN/GaN基HEMT器件在常温下的Ⅰ-Ⅴ特性和在不同温度下输出特性的变化。结果表明,随着温度的升高,器件的饱和电流减小。根据计算速率约为0.027 mA/℃。加速度计可以在-50℃—50℃的温度安全稳定的工作。     

基于电导法的GaN/AlGaN HEMT界面态分析

本文通过I-V法测试得到25-200℃范围内GaN/AlGaN HEMT器件直流特性随温度的退化情况,同时通过C-V法测试了器件在25-100℃范围内电容、电导随频率、温度变化的特性。经电导法分析发现器件界面处存在高密度陷阱态进一步分析认为,高密度界面陷阱态是引起器件高温特性退化的原因。     

GaN HEMT高效功率放大器电路温度特性研究

研究了GaN HEMT开关功率放大器的交流电流和微波性能随温度的变化.研究结果表明,GaN HEMT的高温退化将导致开关功放工作电流及小信号增益(S_(21))随温度升高逐渐下降,其中GaN HEMT的电压与电容特性的温度变化和膝点电压的高温退化将影响开关功放输出阻抗匹配.在120℃时,开关功放大信号状态下的交流电流退化更明显;同时由于高温退化所导致的阻抗失配,功放的S_(21)增益和输出功率会进一步下降.     

GaN组合开关电路及其驱动技术研究

基于氮化镓的高电子迁移率场效应晶体管(GaN HEMT)具有电子迁移率高、耐高温和极低的寄生电容等诸多特点而成为开关变换器领域关注的焦点。限于目前的制造工艺,基于氮化镓材料的MOS开关器件更容易做成耗尽型,针对耗尽型GaN HEMT器件的负电压关断特性,结合其应用于开关变换器的上电短路问题,提出一种GaN HEMT器件与增强型MOSFET的组合开关电路,可实现对耗尽型GaN HEMT器件的开、关控制及可靠关断,但其关断速度不够快。为此,提出一种快速关断GaN HEMT器件的驱动电路,并得到了进一步提高GaN HEMT器件开关速度的改进电路,可实现对耗尽型GaN HEMT器件快速可靠关断。实例及实验结果验证了所提出电路的可行性。     

固井界面接触热阻对井筒温度场预测的影响

固体界面不完整接触会产生接触热阻。为研究固井界面微环隙对井筒温度场预测的影响,本文设计并制作了空气条件下测试固体界面接触热阻的实验设备,验证了所推导的接触热阻理论计算方法,研究了忽略固井界面接触热阻对井筒温度场预测精度的影响。结果表明：303~573K空气条件下实验设备测试结果的相对误差不超过9.28%;接触热阻理论计算方法与表面间距和温度有相关性;固井界面微环隙增大（5×10-5m~1×10-3m）、注蒸汽时间增加（2d~40d）、地层温度升高（305K~400K）等情况下,预测井筒温度场时不考虑固井界面充填气体的微环隙接触热阻,将使计算的水泥环外壁温度有较小的偏低（约3K）,而水泥环内壁温度和地层内壁温度有较大的偏高（约14K）。考虑固井界面微环隙的接触热阻可以提高井筒温度场预测的精度。     

GaN基场效应器件Monte Carlo模拟

基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)在高温、高功率微波器件方面有极其重要的应用前景.文章用自洽-耦合蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管作了模拟,给出了器件直流特性的Monte Carlo模拟结果,包括器件的粒子分布及器件的等势线分布,最后给出器件在不同栅电压下的直流输出特性.文章的模拟结果对研究GaN基场效应器件有指导意义.     

GaN基高电子迁移率晶体管研究进展

由于氮化镓(GaN)材料具有禁带宽度大、击穿电场强、饱和电子漂移速度高等优异的物理特性,GaN基功率电子器件逐渐取代硅基电子器件在高温、高压与高频等领域的应用。目前,由GaN及其合金材料制备的高电子迁移率晶体管(HEMT)是电力电子、无线通信和雷达等领域的核心器件。除此之外,利用GaN基HEMT可制备高灵敏度的检测器件,在生物和光电检测领域的应用也越来越广泛。但是,尽管GaN基HEMT的性能正不断取得突破,该器件的规模化应用仍受到电学可靠性问题的限制,本文重点阐述了GaN基HEMT的研究进展以及存在的电学可靠性问题。     

0.5μm栅长HfO_2栅介质的GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管

为了抑制GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅极漏电,提出了一种0.5μm栅长的GaN金属氧化物半导体(MOS)高电子迁移率晶体管结构。该结构采用势垒层部分挖槽,并用高介电常数绝缘栅介质的金属氧化物半导体栅结构替代传统GaN HEMT中的肖特基栅。基于此结构制备出一种GaN MOSHEMT器件,势垒层总厚度为20nm,挖槽深度为15nm,栅介质采用高介电常数的HfO_2,器件栅长为0.5μm。对器件电流电压特性和射频特性的测试结果表明:所制备的GaN MOSHEMT器件最大电流线密度达到0.9 A/mm,开态源漏击穿电压达到75 V;与GaN HEMT器件相比,其栅极电流被大大压制,正向栅压摆幅可提高10倍以上,并达到与同栅长GaN HEMT相当的射频特性。     

GaN基高电子迁移率晶体管器件的可靠性及退化机制研究进展

GaN基高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistor,HEMT）器件在航天、通讯、雷达、电动汽车等领域具有广泛的应用,近年来成为电力电子器件的研究热点。在实际应用中,GaN基HEMT器件随着使用时间的延长会发生退化甚至失效的情况,器件的可靠性问题仍是进一步提高HEMT器件应用的绊脚石。因此,研究器件的可靠性及退化机制对于进一步优化器件性能具有极其重要的意义。将从影响器件可靠性的几个关键因素如高电场应力、高温存储、高温电场和重离子辐照等进行阐述,主要对近几年文献里报道的几种失效机制及相应的失效现象进行了综述和总结,最后讨论了进一步优化器件可靠性的措施,对进一步提高HEMT器件的应用起促进作用。     

短沟道AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的Ⅰ-Ⅴ特性研究

考虑栅电压、漏电压和沟长调制效应影响下,在长沟道高电子迁移率晶体管(HEMT)的Ⅰ-Ⅴ输出特性基础上,引入有效迁移率和有效沟道长度,推导了短沟道AlGaN/GaN HEMT的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)输出特性模型.通过比较栅长为105nm时模型计算结果与实际器件的输出特性,表明推导的短沟道AlGaN/GaN HEMT的Ⅰ-Ⅴ模型与实验结果基本相符,误差小于5%.     

Ti与Al比例及退火温度对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触影响

利用热蒸发方法制备了Ti/Al金属双层结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)欧姆接触,Ti与Al比例分别为1∶2(20 nm/40 nm)、1∶5(20 nm/100 nm)和1∶8(20 nm/160 nm).采用相同退火时间、不同退火温度对不同的Ti与Al比的AlGaN/GaN HEMT结构进行退火.通过XRD对电极结构进行了分析,利用金相显微镜观察了电极的表面形貌.实验结果显示,相同退火时间条件下,退火温度在800℃, Ti与Al比为1∶5的AlGaN/GaN HEMT结构形成了较好的欧姆接触.     

界面热阻实验装置与碳纤维增强板胶接热阻研究

碳纤维增强板(CFRP)胶接结构是高精度固面反射器的重要组成部分,而热载荷是反射器在轨飞行的主要载荷,胶接部位的界面热阻对高精度固面反射器在轨运行状态的温度分布有重要影响.根据界面热阻测量原理,设计了一套可测量真空环境中不同温度下CFRP单片结构的热导率和胶接结构的界面热阻的实验装置.并且通过304不锈钢热导率的实验测量值与标准值的对比,验证了实验装置的准确性.通过对环氧树脂胶添加高热导材料,提高了它的热导率.实验中采用了3种添加剂:氮化硅(β-Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、石墨烯.实验结果表明,随着添加剂体积分数的增加,热导率也随之增大,进而可以强化胶接部位的传热,减小界面热阻.在其他条件一致的情况下,胶接件的界面热阻随温度的升高而减小.     

超声热效应对提高多孔介质渗透率的作用

在实验室条件下研究了超声的热效应对渗透率的影响。结果表明.超声热效应在提高多孔介质渗透率中的作用.在低温条件下比较显著.与振动效应相比不可忽视.随着温度升高.作用逐渐减弱.在高温条件下,起主要作用的是机械振动作用.热效应作用不明显。     

真空栅介质场效应晶体管自热效应模型

针对纳米尺度金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)热传输尺度效应对自热效应影响加剧的问题,提出一种考虑尺度影响的真空栅介质垂直堆叠硅纳米线(SiNWs)环栅场效应晶体管(GAA FET)自热效应模型。首先,分析硅薄膜与SiNWs内声子散射自由程之间的关系,量化用于衡量声子边界散射的SiNW热导率衰减因子;然后,根据国际上现阶段关于纳米硅薄膜热导率的解析模型,推导得到考虑尺度效应影响的SiNW热导率解析模型;最后,结合纳尺度器件热传输的关键路径,建立起考虑尺度影响的GAA SiNWs FET自热效应模型。在TCAD软件中采用所提自热效应模型实现了GAA SiNWs FET自热效应的数值计算。仿真结果表明:低热导率真空栅介质、垂直堆叠多热源与热传输尺度效应将导致真空栅介质GAA SiNWs FET热生成与扩散过程更加复杂,加剧器件自热效应;通过真空栅介质间隙与环绕气体压强之间的折中设计能够最大化栅极热传输能力,达到抑制器件自热效应以改善器件性能及其可靠性的目的;与传统自热效应模型估算的热点温度值相比,所提出的自热效应模型预测的真空栅器件内热点温度提高了30%,表明该自热效应模型能够有效的揭示GAA FET内SiNW热传输尺度效应对自热效应的影响机制。     

微机械气动红外传感器的流体分析

提出了一种可工作于室温环境下的微型气动红外传感器，它基于气体吸收特定波段的红外辐射后产生的一系列热效应为物理基础，可获得包含红外辐射源信息的信号。为深入研究热效应所产生的微热信号对器件整体性能的控制和影响，优化器件的几何结构和行为，建立了符合器件工作机制的经典热传输模型，并在此基础上，利用通用商业有限元模拟软件ANSYS／FLORTRAN进行流体—结构耦合分析，获得了微型腔体温度，流—固界面压力分布情况以及薄膜的弹性形变，掌握了微结构的机械特性以及流畅的热输运特性。     

电压偏置下考虑了自热效应的非致冷红外测辐射热计响应率的推导

非致冷红外测辐射热计是一种有源器件,工作时器件的自热效应不容忽略。从理论上推导出在电压偏置下考虑了自热效应的非致冷红外测辐射热计响应率的计算公式。     

一种计算纳米CMOS器件中应力致界面态的方法

在纳米CMOS器件中,负栅压温度不稳定性、热载流子注入效应和栅氧化层经时击穿等应力使得Si/SiO2界面产生界面态,引起器件参数的退化.随着CMOS器件不断缩小,这种退化将严重制约器件性能.提出了一种改进的计算纳米CMOS器件中应力产生界面态的方法,能够对应力产生的界面态进行定量描述.该方法在电荷泵基础上测量纳米小尺寸器件初始状态和应力状态下的衬底电流,提取电荷泵电流(Icp),计算出应力产生的界面态密度.测量过程中,脉冲频率固定不变,降低了频率变化所带来的误差.     

GaN基高电子迁移率场效应管的可靠性研究

虽然Ga N基高电子迁移率场效应管(HEMT)在高频大功率器件方面具有突出的优势并已经在应用领域取得了重要的进展,但由于Ga N基HEMT器件的材料缺陷密度高、高电场工作环境、Ga N基异质结特有的强极化效应以及工艺复杂等问题,使得Ga N基HEMT的可靠性问题十分突出。这些问题导致现有Ga N基HEMT器件的实际表现一直与其理论值有一定差距。因此,要想实现Ga N基HEMT器件全面、广泛的商业应用,必须对其可靠性做深入的研究分析。在该文中,我们利用不同的测试方法,从不同的角度对Al Ga N/Ga N HEMT的可靠性问题进行了研究。首先,我们观察并讨论了Al Ga N/Ga N HEMT器件输运过程中由载流子的俘获导致的Kink效应。实验表明:载流子俘获过程是由高场诱导的栅极电子注入到栅极下Al Ga N势垒层中深能级的过程;载流子的去俘获过程则是由沟道中的热电子碰撞离化被俘获的电子引起的。其次,我们对Ga N基HEMT器件进行了阶梯电压应力可靠性测试,并观察到了一个临界应力电压,超过这个临界电压后Al Ga N/Ga N HEMT可以从之前的低电压应力引起的退化中逐渐恢复。研究发现:低电压应力引起的器件的退化是由电子在表面态或者体缺陷中被俘获引起的;器件性能的恢复则是由于电场诱导的载流子去俘获机制。最后,我们利用不同的测试方法详细分析了关态下Al Ga N/Ga N HEMT的击穿特性和电流传输机制。我们在三端测试中观察到了与缓冲层相关的Al Ga N/Ga N HEMT的过早硬击穿现象;然后我们利用漏极注入测试方法验证了源-漏间缓冲层漏电的存在。分析结果表明缓冲层漏电是由电场引起的势垒下降、能带弯曲和缓冲层缺陷共同决定的。在电场足够高的时候,缓冲层漏电可以引起Al Ga N/Ga N HEMT过早发生硬击穿。     

降低固-固界面热阻方法研究进展

降低固-固界面热阻法是一种高效且应用广泛的减小器件传热阻力的方法。根据固-固界面状态增加界面的有效接触，可强化界面热传导。首先，概述了固-固界面热阻的产生机理；其次，梳理了界面状态（平面接触和沟槽接触）、粗糙度、界面压力、热界面材料等固-固界面热阻影响因素的作用机制；第三，介绍了降低固-固界面热阻方法的最新进展；最后，分析了降低固-固界面热阻研究存在的问题，并对其研究前景进行了展望，提出未来应从界面结构、压力/平面度、固-固接触材料本身的物性参数、超薄黏合层热界面材料等单独或共同作用的方向上深化降低界面热阻的研究，为其在强化电子散热领域的应用提供理论和实验支持。