新型大电流直流固态继电器的设计

新型直流固态继电器是一种以新型器件IGBT以及功率场效应管为核心的,全部由固态电子器件组成的新型无触点开关器件.采用五端型设计,具有开关速度快,输入功率小,驱动功率大等特点.并且比传统的双极晶体管组成的固态继电器工作更加稳定,电流量更大.     

IGBT应用于VSC-HVDC中的关键技术研究

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的串并联组合作为VSC-HVDC(Voltage Source Convertor-High Voltage Direct Current)中换流桥的功率开关模块,在实际应用中会出现器件电压电流不均衡的状况,这主要是由器件参数的差异和栅极驱动信号的不同步造成的。本文利用并联等值电阻法、外加缓冲电路法、栅极电阻补偿法对IGBT器件参数和栅极驱动信号的校正进行了理论研究和仿真分析,有效解决了IGBT串并联的电压电流不均衡问题。     

SiGe沟道SOI结构混合模式晶体管的设计与模拟

提出采用SiGe沟道SOI结构混合模式晶体管（SiGe SOI BMHMT）构成适合在低电压下工作的新型集成电路，该电路比CMOS电路具有更大的电流驱动能力和更好的性能，对不同导电类型的SiGe SOI BMHMT、SiGe SOI MOSFET、SOI BMHMT和SOI MOSFET器件进行了工艺模拟和器件模拟，结果表明，SiGe SOI BMHMAT由于应变SiGe层中空穴迁移率的提高，阈值电压降低。存在衬底栅极和横向双极晶体管，使得其驱动电流比其他结构器件的驱动电流明显提高。     

一种MEMS热电制冷器的设计

研究一种基于MEMS工艺的微型热电制冷器.采用薄膜热电材料减小器件的尺寸,采用微机械加工工艺形成的硅杯结构降低衬底的热泄漏.器件在材料和工艺上都与微电子工艺兼容,易于与电子器件集成.分别讨论了热电臂长度、厚度及绝缘膜厚度等结构参数对器件最大制冷温差、制冷系数、制冷功率等性能的影响,得出最优的设计参数.分析中考虑了绝缘层热泄漏,制冷区的热对流和热辐射,以及接触电阻等非理想因素.分析结果表明,器件工作时达到的最大温差为40 K;冷端温度为290 K时,制冷功率为3 mW.     

2013-26 科技期刊亮点

提出新并五苯单晶生长方法国家纳米科学中心江潮通过实验和理论模型系统研究了并五苯有机小分子薄膜初始生长层形貌结构对有机薄膜晶体管器件电学性能的影响。研究人员提出单层薄膜二维晶粒边界模型,揭示了初始生长层晶粒大小对晶体管器件载流子迁移率及栅极偏压下阈值电压移动量的影响。同时,通过理论拟合计算得出有机晶体管器件结构在现有实验条件     

功率LIGBT热载流子退化机理及环境温度影响

研究了横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT)的热载流子退化机理及环境温度对其热载流子退化的影响.结果表明,器件的主导退化机制是鸟嘴处大量界面态的产生,从而导致饱和区阳极电流Iasat和线性区阳极电流Ialin存在较大的退化的主要原因,同时,由于Ialin的分布比Iasat的分布更靠近器件表面,故Ialin的退化比Iasat的退化更严重;而器件沟道区的碰撞电离和热载流子损伤很小,使得阈值电压Vth在应力前后没有明显的退化.在此基础上,进一步研究了环境温度对LIGBT器件的热载流子退化的影响.结果表明,LIGBT呈现正温度系数,且高温下LIGBT的阈值电压会降低,使得相同应力下其电流增大,导致器件碰撞电离的增大,增强了器件的热载流子损伤.     

车用大功率电力电子器件研究进展

 车用电机驱动变流器是电动汽车电机驱动的关键部件,大功率电力电子器件是其核心。对比分析了国内外电动车辆用电机驱动变流器的拓扑结构、变流器控制特点及体积功率密度等关键指标,指出车用电机驱动变流器的技术创新重点在于硅基绝缘栅双极性晶体管(IGBT)芯片及封装技术持续改进碳化硅(SiC)器件的应用。综述了硅基IGBT芯片的演进和IGBT模块封装技术的创新,介绍了碳化硅器件的技术特点。     

面向高性能GaN基功率电子的器件物理研究

氮化镓(GaN)功率电子器件具有高击穿电压、高工作频率、高电流输出能力以及耐高温等优点,有望成为下一代高效电源管理系统芯片的最佳候选之一.本文从界面态起源、极化能带工程以及可靠性机理等角度分析了GaN基功率电子器件所面临的器件物理挑战,包括栅极阈值不稳定性、高压动态导通电阻退化、高阈值栅技术和栅介质长期可靠性等关键科学问题和技术瓶颈.分析指出(Al)GaN表面的无序氧化可能是GaN基器件表/界面态的主要来源,并有针对性地介绍了界面氮化插入层、极性等离子增强原子层沉积AlN薄膜(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposited AlN,PEALD-AlN)钝化、F离子注入与高温栅槽刻蚀增强型技术,以及低压化学气相沉积SiNx(Low-Pressure Chemical Vapor Deposited SiNx,LPCVD-SiNx)和O3-Al2O3高绝缘栅介质等提高GaN基增强型器件性能的新型工艺技术.系统分析了国际有关高性能GaN功率电子器件研究的最新进展,及未来面临的机遇和挑战.     

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。     

低频比波长复用高效双功能超表面

多功能微波器件由于能在小尺寸器件上实现大容量功能集成,在现代通信系统中具有重要作用。然而由于器件功能的高度集成,使得多功能器件往往存在严重的通道串扰,降低了器件效率。对此,提出了一种低通道串扰的频率复用方法,通过在两层介质板上构建互补形式的双C形开槽谐振器和双C形金属谐振器,实现了双谐振单元。由于双谐振器具有很高的Q值,能在低频比情形下实现相位的独立调控。为进行验证并探索应用,设计了工作于f1=9.2 GHz和f2=11.2 GHz的多功能超表面。仿真结果与实验结果吻合良好,表明超表面在f1和f2处分别实现了模式数l=3的聚焦OAM波束和零阶贝塞尔波束。与以往报道的多功能超表面相比,设计的器件双频工作频比仅为1.2,且双频器件效率高达86.1%和93%。提出的低频比、低通道串扰波长复用超表面方法为实现大容量功能集成应用提供了一种有效途径。     

新型并三苯有机薄膜晶体管

以环氧树脂(Eproxyresin)为栅绝缘层材料,并三苯(Anthracene)为有机半导体载流子传输层,分别利用旋涂及真空掩蔽蒸发,在以铜为栅极的基底之上成功研制了有机薄膜场效应晶体管(OTFT),经测试得出器件的电子迁移率为2.34×10-2 cm2/(V·s),跨导为0.49 μs.     

基于Mo/SiO2布拉格声反射器的体声波谐振器的制备及其性能分析

采用射频反应磁控溅射法在p型(100)单晶硅衬底上交替沉积Mo/SiO2薄膜作为布拉格声学反射层,通过原子力显微镜(AFM)及扫描电子显微镜(SEM)分别表征声反射层薄膜的表面和截面形貌,研究溅射工艺条件对SiO2薄膜微观形貌的影响.采用MEMS工艺流程制备基于c轴择优取向AlN压电薄膜的SMR型谐振器.并对谐振器的S11参数进行测试分析,得到谐振器的中心频率为1.7 GHz,表明实验所制备的SMR型谐振器在质量传感方面具有一定的应用前景.     

基于相关拟合校准技术的MEMS平面微运动纳米精度测量

微电子机械系统（MEMS）谐振器周期运动过程中各个时刻的运动特性及其动态特性参数为MEMS器件的设计提供重要参考．提出一种基于相位相关技术的亚像素运动估计算法,可对相关拟合方法进行误差校准补偿,从而提高对物体运动的分辨力,实现纳米精度测量．利用该算法对MEMS器件的运动历程做分析,得到特定驱动频率下MEMS器件的幅度一相位曲线．利用扫频测量原理,获得了MEMS器件的幅频特性．实验结果表明,该方法具有较好的测量精度,测量分辨力优于5nm．     

低温双极晶体管的低温1／f噪声

对自行研制的低温晶体管于液氮温度下进行了低频噪声测量，结果表明：与室温相比１／ｆ噪声显著增大，根据１／ｆ噪声理论，并参照器件室温和低温下ＩＢ－ＶＢＥ曲线的不同，认为在低温下ＥＢ结正向压降增大和载流子的冻折效应是使该器件１／ｆ噪声等效输入电流功率谱密度变大的主要原因。     

动态应力下功率n-LDMOS器件热载流子退化恢复效应

针对功率n-LDMOS器件在动态应力条件下的热载流子退化恢复效应进行了实验和理论研究.电荷泵实验测试和器件专用计算机辅助软件的仿真分析结果表明,在施加不同的动态应力条件下,功率n-LDMOS器件存在2种主要的热载流子退化机理,即鸟嘴区域的热空穴注入和沟道区域的界面态产生,均有明显的退化恢复效应.对功率n-LDMOS器件施加2个连续3 600 s的不同应力,观察每个阶段结束时刻的CP电流曲线,发现该器件在应力变换期间确实发生了热空穴的退陷阱效应.然后,对功率n-LDMOS器件施加3个连续3 600 s的不同应力,观察每个阶段结束时刻的CP电流曲线,发现器件处于关断阶段时,已产生的界面态存在一定程度的复合.     

基于SiGe工艺的Ka波段瓦特级功率放大器芯片设计

提出了一种基于0.18 μm SiGe BiCMOS工艺的Ka波段功率放大器(PA),在25-30 GHz的频段内输出功率均达到瓦特级(30 dBm以上).该PA由驱动级与功率级放大器级联组成,两级均使用堆叠结构.其中,最后一级功率级电路采用两路功率合成的方法,所使用的功率合成网络为匹配网络的一部分.每级堆叠结构均采用最优级间匹配技术(相邻堆叠晶体管间匹配),使堆叠结构中每层晶体管达到最优负载阻抗,进而使堆叠结构达到最大输出功率.使用Agilent ADS软件进行PA性能仿真,版图仿真结果显示:工作在25-30 GHz的功率放大器最大输出功率为30.9 dBm,功率附加效率为22.9%,大信号功率-1 dB带宽为5 GHz(25-30 GHz),1 dB压缩点输出功率为28.5 dBm,大信号增益为22.7 dB.     

硒化铅量子点/石墨烯可见光敏晶体管的研究

石墨烯晶体管以其高载流子迁移率和宽波长范围光吸收在光探测方面得到了广泛研究.然而石墨烯极低的光吸收率限制了其响应灵敏度.以溶液法用氧化铅、硒粉、TOP为反应物一步合成硒化铅量子点,与湿法转移的单层铜基底石墨烯复合,制备硒化铅量子点/石墨烯光敏晶体管,利用石墨烯的高迁移率和量子点对光的高吸收效率提高晶体管的光响应,测试表明晶体管对波长370 895 nm范围内的光均有良好响应,在波长540 nm光强0.528μW/cm~2下的响应率达到了10~6A/W.     

H桥IGBT栅极驱动设计与应用

以具体实例对H桥IGBT栅极驱动电路的设计做了分析.得出IGBT的驱动条件是栅极正电压、栅极负电压、栅极串联电阻与其主要运行特性的关系,并推导出H桥IGBT栅极驱动电流、驱动功率、栅极电阻的计算公式及死区时间的确定方法.为驱动电路的设计提供了可靠依据.     

单双层石墨烯的制备及电导特性调控

石墨烯二维材料有着优异的物理、化学特性,在多个科学领域展现出广阔的应用前景.采用化学气相沉积方法在Cu-Ni合金表面制备了二维石墨烯薄膜并揭示其生长机制;研究生长时间、温度等对石墨烯覆盖度和晶格质量的影响.通过优化生长条件,成功制备了大面积单层及具有强烈层间耦合作用的AB堆叠双层石墨烯薄膜.进一步运用表面沉积技术在单层石墨烯上构建零维Au团簇和二维Au薄膜,研究其对石墨烯电导特性的影响;并结合第一性原理计算,揭示Au的形态及覆盖度影响石墨烯电导特性的规律.据此制作了石墨烯场效应晶体管器件,通过精确控制Au的覆盖度,实现石墨烯电导类型和载流子浓度的有效调控,拓展了其在微电子领域的应用.     

p型栅结构氮化镓基高电子迁移率晶体管结构优化

为了简化后期栅极驱动电路设计、降低成本,工业界对增强型高电子迁移率晶体管的需求与日俱增.采用p型栅结构制备增强型器件的方法是目前极有前景的一种增强型方法.该方法致力于提高器件的正向阈值电压和输出饱和电流,通过Silvaco TCAD软件调节AlGaN势垒层厚度及其Al组分,仿真器件转移特性曲线和输出特性曲线.将AlGa...