GaN/金刚石复合结构的制备与器件性能

金刚石是一种极具竞争力的新型热沉衬底材料,可以显著提升GaN器件的输出功率密度。基于GaN上直接生长金刚石技术,研制了高导热GaN/金刚石复合衬底。采用聚合物辅助播种与两步法生长金刚石相结合的方法,实现了通过直接生长技术制备GaN/金刚石复合结构。通过引入大流量氢气生长模式,并对界面热阻进行优化,成功制备了高质量的GaN/金刚石复合结构。基于GaN/金刚石复合结构进行了器件验证,结果表明,与SiC基GaN器件相比,金刚石基GaN器件的输出功率密度由2.90 W/mm提升至3.96 W/mm。

基于连续双脉冲测试的GaN HEMT动态导通电阻变化及测量方法

实际应用中,GaN HEMT的动态导通电阻会随着工作电压、工作温度等因素的变化而改变,相同温度下的实际值常与静态测量结果有所差异。由于实验条件及测量方法不同,同一型号的器件往往会出现不一致的测试结果,对应用工况的设计与监测带来了困难。针对这一问题,提出了基于连续双脉冲的测试方法,并提出了一种基于差分计算的动态导通电阻提取方法,以更准确地提取器件的动态导通电阻。进一步讨论了母线电压和温度对器件动态导通电阻的影响,当母线电压增大时,GaN HEMT的动态导通电阻表现出先增大后减小的非单调的变化特性,动态导通电阻的标准值基本不随温度变化而改变。最后,探究了GaN HEMT动态导通电阻变化的机理,进一步加深了对器件动态导通电阻变化的理解。

AlGaN/GaN异质结电荷密度和内建电场强度的调控

为了优化AlGaN/GaN异质结场效应晶体管的性能,实现对异质结界面附近电荷密度和内建电场强度的调控,采用第一性原理计算方法,通过改变AlGaN势垒层的Al组分,或掺入少量用于p型掺杂的Mg原子进行模拟计算。结果表明,在一定范围内增大Al的组分能够有效提高AlGaN/GaN异质结界面附近的载流子浓度;异质结界面处的内建电场强度随着Al组分的增大而单调增大,当x=0.50、0.75时,计算所得内建电场强度分别约为x=0.25时的2倍、3倍;在使用少量Mg原子进行p型掺杂时,内建电场强度和电荷密度都显著减小。通过改变Al组分和掺入Mg原子来调控异质结界面附近电荷密度与内建电场强度是可行和有效的。

基于实验与仿真的SiC JFET单粒子效应研究

我国航天事业发展迅速,大型空间平台的建设以及高性能电推进系统的应用对功率半导体器件的性能提出了越来越高的要求。SiC高压功率器件抗辐射研究亟待突破。对SiC JFET器件施加不同的偏置电压,进行重离子辐照实验,实验表明,SiC JFET器件存在与SiC MOSFET类似的单粒子漏电退化与单粒子烧毁2种失效模式,漏电退化程度与漏极偏置电压、重离子注量呈正相关。通过Sentaurus TCAD仿真研究,单粒子辐照之后分为2个阶段,第1阶段P^(+)栅极区与N-漂移区的PN结局部温度达到2500 K,热应力可能是造成漏电退化的原因;第2阶段N^(+)衬底和N-漂移区结处局部温度持续上升,超过SiC材料的升华温度,导致SiC JFET器件烧毁。该研究为SiC JFET器件的抗辐射加固与空间应用提供了一定的参考与支撑。

BJFET直流特性的PSpice模拟分析

新型双极结型场效应晶体管 (BJFET)兼有双极型和单极场效应两种器件的功能特点。文中分析推导出该新型器件的直流特性 ,然后使用 PSpice软件进行直流特性及其参数扫描模拟分析 。

大动态范围高线性JFET压控电阻

工作在三极管区的JFET广泛用作可变电阻 ,但是其狭小的工作范围和ID～VDS的非线性关系 ,限制了它的应用 .本文用简单的方法 ,扩大了可变电阻区的动态范围 ,消除了非线性 ,并能实现压控正电阻和压控负电阻 .

GaN基增强型HEMT器件的研究进展

随着电力转换系统功率密度和工作频率的不断提高,需要开发性能优于传统半导体的功率器件。作为第三代半导体材料的典型代表,氮化镓(GaN)被认为是提高大功率电力系统转换效率的新一代功率器件的主要候选材料。在操作类型方面,增强型(也称为常关型)器件具有安全、能简化电路设计以及更优的电路拓扑设计等优势,在行业应用中更具吸引力。总结并对比了目前国际上主流的GaN基增强型器件的结构和制备工艺,着重介绍了基于栅凹槽结构的功率器件技术,特别是栅槽刻蚀后的界面处理、栅介质层的优化技术。围绕器件的关键指标,总结了材料外延结构、欧姆接触、场板以及钝化工艺对器件性能的影响,提出了未来可能的技术方案。

一种考虑温度影响的SiC JFET的数据驱动模型

提出了基于数据驱动建模思想建立考虑温度影响的常断型SiC JFET器件模型的方法,解决了目前物理建模方法应用于功率半导体器件建模过程中器件自身结构、材料等参数获取困难的问题。根据常断型SiC JFET器件手册的图表信息并结合部分实测数据,在Saber软件中建立其热电耦合模型。通过对其静态特性和动态特性的仿真和实验研究,验证了考虑温度影响的常断型SiC JFET数据驱动模型的准确性。该数据驱动建模方法可以推广应用于其他功率半导体器件如功率SiC MOSFETs和GaN FETs等的建模。

短沟道MOS阈值电压物理模型

通过求解二维泊松方程推导了一个简洁的短沟道 MOS的阈值电压模型 ,得到的 DIBL因子可用于分析参数对短沟道效应的影响。模拟的结果能很好地与数值模拟器

宽带GaAs MESFET开关模型

提出了一种 MESFET开关的模型——附加栅控开关模型 ,适用于 MMIC电路的设计 ,具有很好的宽带微波特性。在 0 .1～ 2 0 GHz频率范围内 。

横向增强型双侧栅结构GaN JFET优化设计

提出了一种新型横向双侧栅结构的GaN JFET,并通过SILVACO软件对器件的沟道宽度、沟道电子浓度和p-GaN空穴浓度进行了优化,得到了阈值电压和输出电流与器件参数之间的变化规律,通过参数优化得到了增强型GaN JFET的结构参数条件。随后对设计的横向双侧栅结构增强型GaN JFET器件进行了击穿特性研究,发现当沟道长度短至0.5μm时,会出现严重的短沟道效应;当沟道长度大于1μm后,器件击穿电压由栅极与漏极间寄生PN结反向击穿决定,与沟道长度无关;采用RESURF(Reduced surface field)终端结构可以显著提升器件击穿电压,优化后的增强型GaN JFET器件击穿电压超过1200 V。此外,采用p型GaN缓冲层替代n型GaN缓冲层,能够有效提高器件的栅控能力。

质子辐照对AlGaN/GaN HEMT亚阈值摆幅特性的影响

研究了具有不同栅漏间距的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的亚阈值摆幅特性在0.4 MeV质子辐照(质子总注量为2.16×10^(12)cm^(-2))后的变化规律。质子辐照前,各器件的亚阈值摆幅基本一致;质子辐照后,器件的亚阈值摆幅随着栅漏间距的减小而逐渐降低。基于辐照前后器件的电容-电压曲线和输出特性得到低场载流子输运特性,并据此分析了亚阈值摆幅的变化原因。发现与器件尺寸相关的极化散射效应是不同尺寸器件在辐照后亚阈值摆幅发生不同变化的主要原因。为AlGaN/GaN HEMT的性能优化提供了全新的视角与维度。

电力SITH阳极造型对耐电容量的影响及提高

分析了影响电力静电感应晶闸管阻断电压BVAK的因素,提出了提高BVAK的方法,并构造了几种阳极结构.在实验了3种结构的基础上,给出一种新阳极造型.它有效利用了外延过程中在p-阳极区形成的轻掺杂n-层,在该层上进行条形p+重掺杂,为正向导通过程提供空穴注入,从而实现电导调制,降低通态压降.而未掺杂的透明阳极区则形成电流漏.实验表明,该结构不仅能有效增大阻断电压,同时利于关断过程积累电荷的抽取,加快关断时间,降低关断损耗.

氢化非晶硅双极性场效应晶体管

本文着重研究了玻璃栅介质(GGI)氢化非晶硅双极性场效应晶体管(α-Si:HBFET)的转移特性,并比较了SiO_2和SiO_2/α-SiN_x:H栅介质α-Si:HFET的性质.业已发现:(1)硼掺杂和磷掺杂不仅可以人大地提高(GGI)α-Si:HBFET的电流驱动能力,而且可以大大地改善其双极对称性.(2)(GGI)未掺杂α-Si:HBFET可以用来构成静态特性良好的CMOS倒相器.(3)SiO_2栅介质α-Si:HFET具有典型的双极性,但是SiO_2/α-SiN_x:H栅介质α-Si:HFET则不是双极性的.

大功率IGBT模块并联均流特性研究

大功率IGBT并联运行能够承受更高的负载电流,但是大功率IGBT并联设计时需要考虑静、动态均流问题。PSpice仿真分析表明,影响静态均流的主要因素是IGBT模块的饱和导通压降和集电极、发射极引线的等值电阻;影响动态均流的主要因素涉及驱动电路、IGBT器件参数和主电路布局。提出了IGBT并联均流的措施,分析了IGBT并联电路设计的关键点,并通过仿真分析验证了所提出方法的可行性。

新型双注入结型场效应器件

本文提出一种新型双注入结型场效应晶体管（BJFET）器件构思，并说明其工作原理。这种器件兼有双极型器件和结型场效应器件的特点，即有两种载流子参与导电，导电能力受电压控制，具有较大的电流容量和输入电阻。

OTFT开关比对有源层厚度、杂质浓度间制约关系的影响研究

本文从物理角度推导并分析Brown方程的本质,并将之用于OTFT开关比的分析。首次通过引入关键参数K(杂质层电流/感应层电流)对OTFT开关比进行了分析,获得OTFT中有源层厚度和杂质浓度潜在的、可被允许的上限值。在此前提下,重点分析了有源层厚度、有效杂质浓度对OTFT开关比的影响。接着根据模拟分析的结果,提出一种有效且简易的判断OTFT是否逼近开关比极限的方法,并分别论证在逼近/远离开关比极限的情况下,降低NA和dS对开关比提升的有效性,及不同情况的OTFT应采取的优化措施。最后,文中给出了一定开关比约束下有效掺杂浓度/有源层厚度的临界关系曲线,它具有重要的实用意义,且进一步约束了OTFT中有源层厚度和有效杂质浓度的所允许的上限值。

HEMT中二维电子气的电子密度的研究

考虑到界面态影响 ,通过求解泊松方程 ,推导出了HEMT中二维电子气的电子密度表达式 。

SOI-NMOS场效应晶体管的Kink特性分析

本文研究了在室温(RT)、液氮温度(LN)和液氮温度(LHe)下的SOI-NMOS场效应晶体管的电流—电压特性。研究的器件制作在二氧化硅上的经激光退火后的多晶硅薄膜体上。结果表明室温下带有薄膜引出端的晶体管的I_D—V_D特性曲线的Kink形状和液氦下观测到的N-MOS场效应晶体管的Kink形状很类似。实验还表明Kink大小是液氮下比室温下大、液氦下比液氮下的大。应用电容效应,低温下载流子“冻结”机制和不同偏压下载流子产生和复合的物理过程分析可以相应地解释不同温度下Kink效应。

Ⅲ族氮化物及其二维电子气输运特性的研究进展

Ⅲ族氮化物半导体具有宽禁带和直接带隙 ,导带能谷间距大 ,强场输运特性好。Al Ga N/Ga N异质结产生高密度的二维电子气 ,屏蔽了杂质和缺陷的散射 ,改善了低场输运性能。它弥补了宽禁带半导体输运性能差的缺点 ,已研制成大功率的 HFET。利用强场下的速度过冲有望消除阴极端的速度凹坑 ,显著改进器件性能。电子气的强二维性使输运特征依赖于器件结构和工作状态 ,器件设计变为一个剪裁电子状态和输运特性的复杂工程。文中综述了 族氮化物及其二维电子气的输运特性 ,讨论了从输运特性出发 ,优化 HFET性能的问题。