基于GaN肖特基二极管的大功率微波限幅技术研究

随着高功率微波技术的发展,超宽带、高功率等强电磁技术对电子化设备威胁越来越大,使用高功率微波摧毁电子信息装备成为了干扰通信系统的重要方式。对高功率微波的防护主要分为前门防护和后门防护,限幅器作为前门防护的重要微波器件也面临越来越高的要求。本文首先介绍了GaN材料及肖特基二极管的器件特点和性能优势,然后论文介绍了以半导体器件为基础的限幅器原理及电路结构,并对以GaN肖特基二极管为基础的新一代大功率微波限幅技术研究进展进行论述。

金刚石二维电导和场效应管研究新进展

金刚石表面沟道场效应管以氢终端金刚石表面的二维空穴气2DHG(Two-Dimensional Hole Gas)作为沟道实现输入电压对输出电流的控制,是目前金刚石电子器件的主流结构.该2DHG面电导具有可大范围调控的面电荷密度和较高空穴饱和漂移速度.本文回顾了金刚石场效应管器件在直流、频率和功率特性的研究进展,揭示了低迁移率是制约金刚石低功耗高速数字电路、高频器件和高功率微波器件发展的主要因素.从理论和实验总结了金刚石表面电导出现的类调制掺杂的新掺杂机理,尤其实现了室温下2DHG霍尔迁移率提升到680 cm^(2)/Vs,材料方阻从10 kΩ/sq数量级降低到1.4 kΩ/sq电导性能的突破.相信这将会引起金刚石场效应管性能极大提升和器件的快速发展.

面向聚变中子探测的宽禁带半导体探测器关键问题与研究挑战

近年来国际聚变反应研究获得重大进展,选择抗位移能力强的宽禁带半导体探测器是推动聚变研究的关键技术之一.金刚石超宽禁带半导体具备卓越抗辐照和时间响应等特性,是聚变诊断特别是高能中子诊断的理想材料,碳化硅宽禁带半导体也可测量中子,且大尺寸外延技术更成熟,可覆盖聚变研究装置上的大规模应用.通过这两种宽禁带半导体辐射探测器的研究并实现自主可控的高性能器件制备,将显著提高我国核聚变反应测量系统的性能,支持我国在未来的全球能源革命中处于领先优势.本文将对这两种宽禁带半导体探测器在聚变中子探测应用场景下研制的关键问题和研究挑战进行探讨,助力我国聚变能源开发和应用.

等离子体增强原子层沉积AlN外延单晶GaN研究

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,具有较大的禁带宽度,较高的击穿电场强度、电子迁移率、热导系数以及直接带隙等优异特性,被广泛应用于电子器件和光电子器件中。由于与衬底的失配问题,早期工艺制备GaN材料难以获得高质量单晶GaN薄膜。直到采用两步生长法,即先在衬底上低温生长氮化铝(AlN)成核层,再高温生长GaN,才极大地提高了GaN材料的质量。目前用于制备AlN成核层的方法有磁控溅射以及分子束外延等,为了进一步提高GaN晶体质量,本研究提出在两英寸c面蓝宝石衬底上使用等离子体增强原子层沉积(Plasma-enhanced Atomic Layer Deposition,PEALD)方法制备AlN成核层来外延GaN。相比于磁控溅射方法,PEALD方法制备AlN的晶体质量更好;相比于分子束外延方法,PEALD方法的工艺简单、成本低且产量大。沉积AlN的表征结果表明,AlN沉积速率为0.1 nm/cycle,并且AlN薄膜具有随其厚度变化而变化的岛状形貌。外延GaN表征结果表明,当沉积厚度为20.8 nm的AlN时,GaN外延层的表面最平整,均方根粗糙度为0.272 nm,同时具有最好的光学特性以及最低的位错密度。本研究提出了在PEALD制备的AlN上外延单晶GaN的新方法,沉积20.8 nm的AlN有利于外延高质量的GaN薄膜,可以用于制备高电子迁移率晶体管及发光二极管。

离子注入诱导成核外延高质量AlN

超宽禁带AlN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、直接带隙等优势,被广泛应用于光电子器件和电力电子器件等领域.AlN材料的质量影响着AlN基器件的性能,为此研究人员提出了多种方法来提高异质外延AlN晶体的质量,但是这些方法工艺复杂且成本高昂.因此,本文提出了诱导成核的新方法来获得高质量的AlN材料.首先,对纳米图案化的蓝宝石衬底注入不同剂量的N离子进行预处理,随后基于该衬底用金属有机化学气相沉积法外延AlN基板,并在其上生长多量子阱结构,最后基于此多量子阱结构制备紫外发光二极管.研究结果表明,在注入N离子剂量为1×10^(13) cm^(-2)的衬底上外延获得的AlN基板,其表面粗糙度最小且位错密度最低.由此可见,适当剂量的N离子注入促进了AlN异质外延过程中的横向生长与合并过程;这可能是因为N离子的注入,抑制了初期成核过程中形成的扭曲的镶嵌结构,有效地降低了AlN的螺位错以及刃位错密度.此外,基于该基板制备的多量子阱结构,其残余应力最小,光致发光强度提高到无注入样品的152%.此外,紫外发光二极管的光电性能大幅提高,当注入电流为100 mA时,光输出功率和电光转换效率分别提高了63.8%和61.7%.

一种高速高集成度MaskROM的设计与研究

MaskROM在MCU设计应用中扮演着重要角色,而高速、高集成度是未来发展趋势。设计了一种混合结构MaskROM,兼有NAND的高集成度以及NOR的快速读出优点。子模块中串联的管子越多,集成度越高,但速度会降低。通过对行译码进行小的子模块划分,阵列被划分为多个子模块并联。选择每个子模块为5个MOS管串联,这样既能提高集成度又能保持快速读出的特点。在选中的子模块中,被进一步选中的WL(Word Line)为低,其他WL为高,串联的bit被导通的MOS管短路掉4行,WL为低的那一行MOS管关闭,从而其MOS管两端有没有被金属短接决定了cell是否产生电流。行译码的方式可以很容易地通过数学公式进行归纳和理解。SA采用伪差分方式,通过预设offset方式实现cell的快速读出。基于0.18μm 2P5M EEPROM工艺设计实现了一款32 K×34bit的MaskROM,芯片测试结果表明,在典型条件下其读出速度能达到170 MHz。

金刚石硼掺杂准垂直肖特基二极管特性研究

金刚石是超宽禁带半导体材料的典型代表,因其优异的材料特性,在高温、高频、大功率微波和电力电子器件应用中有着显著的优势。金刚石体掺杂p型二极管由于工艺简单、并且有望发挥出金刚石击穿场强高的特性。采用微波等离子体化学气相沉积设备实现了单晶金刚石外延过程中硼掺杂浓度的调控,在金刚石本征衬底上制备出p^(-)/p^(+)结构的金刚石外延层,掺杂浓度分别为1018 cm^(-3)和1020 cm^(-3)。进而采用该结构制备了金刚石准垂直结构的肖特基二极管器件。测试结果表明,器件正向导通电阻为90 mΩ·cm^(2),开启电压约为-1.68 V,反向击穿场强为2.4 MV/cm,归一化后的电流密度为53.05 A/cm^(2)。计算得该器件中漂移层的载流子浓度为1.16×10^(18)cm^(-3)。

基于知识工程的UG二次开发

在知识工程(KBE)与CAD技术的结合已成为先进制造与自动化技术的发展趋势情况下,运用知识熔接技术将KBE与UG系统集成,对知识工程的系统模型进行了调查研究。通过UG系统二次开发工具UG/MenuScript,UG/UIStyler等研究了知识驱动在产品设计过程中,在工程经验及设计制造规则的知识继承和提高效率方面的重要作用,验证了该方法的可行性和高效性。

维他灵8号对大豆增产效应的研究

维他灵８ 号在大豆上应用具有明显的增产作用。维他灵８ 号在初花期进行叶面喷雾，以３７５ ｍｌ／ｈ ｍ ２ 效果最佳，能显著提高单株成荚数、单株粒数、单株粒重、百粒重及产量，分别比对照增加４８９ ％ 、５３７ ％ 、９１８ ％ 、３０４ ％ 和７７８ ％ 。其他使用浓度均有一定的增产效果，说明维他灵使用浓度范围较宽。维他灵８ 号对大豆进行拌种处理，具有同样显著的增产效应。

水稻旱育秧黄苗发生原因与控制技术

旱育秧是水稻栽培新技术,优点很多,广大农民十分欢迎.然而,农民又非常担心旱育秧发生病害,严重的可导致无秧可插.由于旱育秧是一项新技术,大部分农户对旱育秧病害缺少识别能力.在稻麦两熟制的黄淮稻区,旱育秧的三种主要病害.“恶苗病”、“立枯病”和“黄(白)化病”都有“黄”的表现,分别表现为“瘦黄”、“枯黄”和“嫩黄”,不少农业技术人员也不能辨认,只笼统地称为“黄苗、死苗”.正确识别病害类型,了解其发生原因,采取恰当的防治措施十分必要,现简介如下.1.在气温达到30℃～35℃左右时,看到苗床上一些秧苗迅速长高,比普通秧苗高出1/3以上,在苗床上很显眼.叶色与假茎均为淡黄色,瘦而长,不卷叶,根数少,除少数发病早且重的植株外,至移栽时一般不死苗.病苗在苗床上均匀分布.该病属于苗期徒长恶苗病.其病原由串珠镰孢菌侵染而引起,该菌为好气菌,喜欢高温高湿.旱育秧苗床透气性好,苗床覆盖地膜所致的膜下高温高湿,都有利于该病菌的生长.所以,旱育秧恶苗病比水育秧重.此外,粳稻发病比籼稻普遍.

江苏淮阴地区小麦育种目标的制定与实践

江苏淮阴地区特殊自然气候条件对小麦品种有独特要求。生产上种植的品种较多 ,主体品种不突出 ,综合性状欠佳。针对生产中存在的问题和当地的气候条件 ,制定了小麦育种目标 ,经 10a努力 ,选育出淮麦 894、淮麦 14号、15号、17号、18号等小麦新品种。

化学气相沉积法生长石墨烯的研究

以甲烷为碳源,原铜箔和用过硫酸铵清洗过的铜箔为衬底,对比研究了铜的表面结构、生长温度及冷却速率对石墨烯CVD法生长的影响。研究发现经过处理的铜箔表面粗糙度小,显微结构精细,化学活性高,更有利于石墨烯的快速形核与生长。而原铜箔因表面粗糙度大,存在大量粗大纹理结构,化学活性低,使得石墨烯的形核生长需要更高的温度。因而,对于不同衬底,选择合适的生长温度至关重要。而提高冷却速率有利于获得大尺寸、高质量并具有原生生长形貌的石墨烯。

外源诱导植物获得抗病性的研究进展

外源生化制剂可诱导植物产生全株获得性抗病性 ( SAR)。迄今已发现该过程中两类信号分子 :一类是水杨酸 ( SA)及过氧化氢 ( H2 O2 ) ;另一类是茉莉酸 ( JA)或乙烯 ( ETH) ,通过这些信号分子的传递诱导植物产生病程相关蛋白 ( PR)。SA主要诱导酸性 PR基因的表达 ,而 JA和 ETH诱发的则是碱性 PR基因。在植物的不同生育阶段 ,采用不同外源诱导剂 ,可诱导植物不同基因的表达。外源诱导产生的 SAR具有系统性、持久性、广谱性及无公害四大特点。

硬脂酸锌改性水滑石热稳定剂的制备及应用

以镁铝碳酸根型水滑石[Mg Al-CO_3-LDH_s(LDHs)]为前驱体,硬脂酸锌(Zn St_2)为改性剂,通过离子交换反应制备硬脂酸锌改性水滑石(LDHs-Zn St_2)。采用XRD、FT-IR、SEM和TG进行表征,并研究其对聚氯乙烯(PVC)热稳定性能的影响。结果表明,硬脂酸锌成功插层到水滑石层间,层间距由0.78 nm增加到1.35 nm,热失重温度向高温移动,失重率增加。与LDHs和Zn St_2的复配热稳定剂相比,LDHs-Zn St_2能显著改善PVC的初期着色性和长期热稳定性能,二者之间有较好的协同作用。

氮化物MOCVD反应室流场的仿真与分析

在立式MOCVD反应室中,通过对生长氮化镓(GaN)薄膜材料的仿真,发现衬底表面反应物三甲基镓物质的量的浓度分布与实际生长的GaN薄膜的厚度分布一致,同时,仿真结果表明,薄膜的厚度分布与反应室内涡旋的分布相关。通过分析涡旋产生的原因,对反应条件和反应室的几何条件作了进一步优化,发现在较低的反应室压强、较低的壁面温度和较大的气体入口半径条件下,能使涡旋明显减小,提高薄膜生长的均匀性。

AlGaN/GaN双异质结F注入增强型高电子迁移率晶体管

理论模拟了不同GaN沟道厚度的双异质结(AlGaN/GaN/AlGaN/GaN)材料对高电子迁移率晶体管(HEMT)特性的影响,并模拟了不同F注入剂量下用该材料制作的增强型器件的特性差异.采用双异质结材料,结合F注入工艺成功地研制出了较高正向阈值电压的增强型HEMT器件.实验研究了三种GaN沟道厚度制作的增强型器件直流特性的差异,与模拟结果进行了对比验证.采用降低的F注入等离子体功率,减小了等离子体处理工艺对器件沟道迁移率的损伤,研制出的器件未经高温退火即实现了较高的跨导和饱和电流特性.对14 nm GaN沟道厚度的器件进行了阈值电压温度稳定性和栅泄漏电流的比较研究,并且分析了双异质结器件的漏致势垒降低效应.

低反向漏电自支撑衬底AlGaN/GaN肖特基二极管

氮化镓材料具有大的禁带宽度(3.4 eV)、高的击穿场强(3.3 MV/cm),在高温、高压等方面有良好的应用前景.尤其是对于铝镓氮/氮化镓异质结构材料而言,由极化效应产生的高面密度和高迁移率二维电子气在降低器件导通电阻、提高器件工作效率方面具有极大的优势.由于缺乏高质量、大尺寸的氮化镓单晶衬底,常规氮化镓材料均是在蓝宝石、硅和碳化硅等异质衬底上外延而成.较大的晶格失配和热失配导致异质外延过程中产生密度高达10^(7)—10^(10) cm^(–2)的穿透位错,使器件性能难以进一步提升.本文采用基于自支撑氮化镓衬底的铝镓氮/氮化镓异质结构材料制备凹槽阳极结构肖特基势垒二极管,通过对欧姆接触区域铝镓氮势垒层刻蚀深度的精确控制,依托单步自对准凹槽欧姆接触技术解决了低位错密度自支撑氮化镓材料的低阻欧姆接触技术难题,实现了接触电阻仅为0.37Ω·mm的低阻欧姆接触;通过采用慢速低损伤刻蚀技术制备阳极凹槽区域,使器件阳极金属与氮化镓导电沟道直接接触,实现了高达3×107开关比的高性能器件,且器件开启电压仅为0.67 V,425 K高温下,器件反向漏电仅为1.6×10^(–7) A/mm.实验结果表明,基于自支撑氮化镓衬底的凹槽阳极结构铝镓氮/氮化镓肖特基势垒二极管可以有效抑制器件反向漏电,极大地提升器件电学性能.

大失配、强极化第三代半导体材料体系生长动力学和载流子调控规律

高质量氮化镓(Ga N)材料是发展第三代半导体光电子与微电子器件的根基。大失配、强极化和非平衡态生长是Ga N基材料及其量子结构的固有特点,对其生长动力学和载流子调控规律的研究具有重要的科学意义与实用价值,受到各国科学界与产业界广泛高度重视。本文对大失配、强极化氮化物半导体材料体系外延生长动力学和载流子调控规律进行了研究,旨在攻克蓝光发光效率限制瓶颈,突破高Al和高In氮化物材料制备难题,实现高发光效率量子阱和高迁移率异质结构,制备多波段、高效率发光器件和高频率、高耐压电子器件,实现颠覆性的技术创新和应用,带动电子材料产业转型升级。