一种低寄生参数高功率密度GaN半桥模块研究

针对高频环境下寄生参数引起氮化镓(GaN)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关损耗大的问题,提出一种基于GaN开关器件的半桥电路集成方案。该方案的实现基于寄生参数较低的高功率密度GaN半桥模块(GS66516T),通过有限元分析提取寄生参数联合电气模型参数仿真分析,从而实现驱动电路和功率环路的优化设计。最后,研制一台4kW两相交错并联降压变换器原理样机,并搭建双脉冲测试(DPT)平台用于分析测试实验中寄生参数对开关过程的影响。实验结果表明,该样机可实现功率密度536.19 W/in^(3),峰值效率97.65%,并具有较好的动态开关特性。

自旋-轨道耦合对双层钙钛矿Ba_(2)CoOsO_(6)电磁性质的影响

采用第一性原理计算方法,研究了双层钙钛矿氧化物Ba_(2)CoOsO_(6)的晶体结构、电子结构及自旋-轨道耦合作用(SOC)对其电磁性质的影响,并分析电子结构和自旋-轨道耦合作用对其宏观物理性质的影响.结果表明:Ba_(2)CoOsO_(6)为反铁磁窄带隙半导体,存在Os1/Co1反位缺陷;电子结构的分析结果证实了Ba_(2)CoOsO_(6)的电荷分布为Ba_(2)^(2+)Co^(2+)Os^(6+)O_(6)^(2-),确定了2价Co离子和6价Os离子的存在;SOC的存在减小了Co离子和Os离子的自旋磁矩,同时减小了带隙;根据第一性原理计算结果可知,自旋-轨道耦合作用对电子结构和电磁性质的影响不可忽视,相较于其他方法,该方法计算值与试验分析结果更接近,也验证了理论计算的准确性.

CuO掺杂C_(3)N对C_(5)F_(10)O分解组分吸附性能的第一性原理研究

全氟五碳酮(C_(5)F_(10)O)作为可替代SF_(6)的新型环保绝缘气体已被投入到实际应用中.当绝缘设备内部发生局部放电等故障时,C_(5)F_(10)O会分解产生弱绝缘性的CF_(4)、C_(2)F_(6)以及剧毒的CF_(2)O、HF等有害组分,为保证绝缘设备的安全运行,需有选择地通过吸附去除这些分解组分.新型类石墨烯C_(3)N材料在气体吸附领域具有良好的应用前景,文中基于第一性原理计算了CuO分子掺杂C_(3)N对主要分解组分CF_(4)、C_(2)F_(6)及剧毒产物CF_(2)O、HF的吸附过程,计算并分析了各分解组分吸附时的吸附能、态密度、电荷转移量、差分电荷密度以及不同环境温度下的恢复时间.结果表明,CuO-C_(3)N对HF表现出良好的吸附性,CF_(2)O次之,但其无法吸附CF_(4)与C_(2)F_(6),因此CuO-C_(3)N可以作为一种高性能的气体吸附剂对C_(5)F_(10)O绝缘设备内的剧毒分解组分HF进行吸附去除.

八硫化九钴的制备及应用研究进展

过渡金属硫化物八硫化九钴(Co_(9)S_(8))由于其性能优异、结构独特、潜在应用好而发展迅速。本综述梳理了Co_(9)S_(8)基材料的制备方法,如溶剂热法、高温固相法、模板法、化学气相沉积法、球磨法、离子交换法等,并介绍了其在光/电催化、电化学储能、光电化学传感器、微波吸收、加氢催化等应用领域的研究进展,并在此基础上对今后的研究重点和方向提出了展望,以期为Co_(9)S_(8)的开发和应用研究提供参考。

ZnO/TiO_(2)核-壳纳米结构的低温制备及其光电性能研究

ZnO因其自身的高电荷复合、化学性质活泼,导致其应用受到限制,通过表面修饰进行复合可实现电子-空穴的分离并提高其化学稳定性。以二水合醋酸锌、六水合硝酸锌、六氟钛酸铵为原料,采用溶胶-凝胶、水热和液相沉积相结合的方法,在低温条件下制备出ZnO/TiO_(2)单异质结。采用XRD、SEM、EDS、TEM、PL等对样品进行表征并对其光电性能进行测试。结果表明,在沉积时间为20 min时,ZnO/TiO_(2)核-壳结构形貌最规整,其中ZnO直径约115 nm,TiO_(2)薄膜厚度约7.6 nm;TiO_(2)的负载,降低了电极中光生电荷的复合,提高了ZnO对光子的收集能力,光电流密度提升大约10倍,达到0.21μA/cm^(2),表现出优异的光电化学性能。

一种采用柔性缓冲垫块的双面散热SiC MOSFET双向开关模块研究

随着功率模块朝着高温、高功率、高密度方向发展,这对模块的封装结构提出了新的要求。较传统的引线键合结构,双面散热结构由于具有高散热能力和低寄生电感等特点受到广泛关注。但是双面散热结构材料间热膨胀系数的差异使之承受较大的热-机械应力,降低了功率模块的可靠性。因此,为设计具有低热-机械应力双面散热双向开关,本研究首先使用仿真分析了芯片布局对模块散热性能以及寄生电感的影响,在此基础上提出了一种具有低杨氏模量的柔性缓冲垫块,综合仿真及试验初步证明其降低热-机械应力、提高模块可靠性的可行性。

SiC MOSFET器件高温下最大电流导通能力评估方法

碳化硅SiC(silicon carbide)器件被认为是一种良好的耐高温半导体器件,高功率密度和高温应用需要更深入地研究损耗和散热问题。研究了SiC MOSFET功率模块在高温下的最大电流导通能力,考虑了电气性能和散热的相互关系。在建立SiC MOSFET器件的热电耦合模型配合系统散热模型的基础上,分析了热失控过程的机理。通过热电联合仿真确定了一款SiC功率模块高温下的电流容量,与实验结果相比误差约为4%,验证了所提方法的有效性。

基于共轭梯度法的晶闸管电热耦合模型快速求解方法研究

为解决传统求解技术在处理效率和计算成本上的局限问题,针对晶闸管电热应力耦合交互模型,提出一种基于共轭梯度法的高效解析方法。通过优化迭代过程和收敛条件来显著提升求解效率和精度。新的参数选择策略被引入以自动调整算法迭代步长,加快收敛速度,减少计算资源消耗。相比传统求解方法,所提优化方法在求解时间上平均减少10%,求解精度提高8%。这一进展证明自适应共轭梯度法在电热应力耦合模型快速求解中的有效性,可为电力电子设备热管理提供高效、可靠的计算工具。所提方法在多种测试条件下均表现出显著的提升效率和良好的精确度,为晶闸管电热耦合模型的高效求解提供了创新方案,同时对电力电子领域的相关研究具有重要的实践意义。

双面散热SiC功率模块温度均匀性和开关特性评估

碳化硅MOSFET因其材料特性被广泛应用于新能源汽车的高压、高频和高功率密度场合。在考虑双面水冷散热过程,往往忽略芯片布局间距对于散热以及芯片温度均匀性的影响,未考虑芯片温度均匀性对于多芯片并联电流均匀性的影响。针对上述问题,设计一种双面水冷的封装结构,分析不同芯片布局间距对芯片温度均匀性的影响,分析不同结温及不同芯片布局对寄生参数及开关特性的影响,并针对不同芯片布局间距和不同液冷工况,采用大量仿真及响应面对比分析,验证了所提方法的有效性,为SiC功率模块封装对芯片温度均匀性及开关特性的影响提供技术方法指导和定量分析。

基于点模式匹配的直流输电VBE设备电路板缺陷检测方法

随着特高压直流输电技术飞速发展,换流阀阀基电子VBE(valve base electronics)设备的稳定性对于保障直流输电的可靠性和效率至关重要。VBE设备电路板缺陷,如短路和失效元件,直接影响直流系统稳定性,而现有的检测方法,包括人工显微镜检查和自动检测算法,常受限于效率低和准确性不足。针对该问题,提出一种基于点模式匹配的自动视觉检测方法,通过生成代表关键区域的点模式并进行匹配来提高检测的效率和准确率。通过实验验证,所提方法在检测速度和准确性方面相较于传统方法有显著提升,适合于生产线上的快速质量控制,为提高直流输电设备的质量提供了有效的技术方案。

基于改进SqueezeNet算法的VBE设备电路板元件失效识别研究

在直流输电系统中,换流阀阀基电子VBE(valve base electronics)设备的稳定运作对维护直流系统安全至关重要。传统的阀基电子设备电路板(VBE板)元件失效检测方法依赖于耗时的人工检查或基于规则的自动化系统,这些方法通常检测效率低下且准确性有限。针对该问题,提出一种基于改进的SqueezeNet深度学习模型的VBE板元件失效区域识别方法。通过引入深度可分离卷积和残差连接,所提改进SqueezeNet模型旨在提高元件失效检测的准确性,同时降低计算资源的需求。在VBE板元件失效数据集上的实验结果表明,所提方法在元件失效检测准确率和运算效率方面均优于传统方法和标准SqueezeNet模型,准确率达到了95.27%,比原模型高出4.45%。不仅提升了VBE板元件失效检测的效率和准确性,而且为电力系统中类似设备的元件失效诊断提供了新的技术参考。

基于准稳态法的热电材料变物性参数表征测量方法

温差发电技术能够实现热能到电能的直接转换,在余热利用、航天器供电和自供电传感器等领域具有广泛应用,其核心之一是用于实现热-电转换的热电材料。热电材料物性参数的表征在热电器件应用、优化设计、故障诊断等研究中有重要意义。目前大多数热电材料物性参数表征方法认为材料的热电参数为常数,忽视了热电参数与温度非线性相关,且没有全面考虑器件中的接触电阻和热阻。该文提出一种基于准稳态法和热电器件测试装置的热电材料变物性参数表征测量方法:首先提出准稳态法对材料物性参数的表征计算方法,通过仿真验证了该方法的正确性;在此基础上,结合热电器件测试装置,采用实验对热电材料进行了变物性参数表征,结果表明,测试结果与厂家参数的最大误差仅为4.3%,能够实现对热电参数的准确表征。该方法实现了在更宽的温度范围内对热电材料物理参数的准确表征,丰富了热电器件测试装置的功能,能够降低材料测试装置的设备投入和测试成本。

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。

第三代半导体互连材料与低温烧结纳米铜材的研究进展

半导体材料是现代科技发展和产业革新的核心,随着高频、高压、高温、高功率等工况的日趋严峻及“双碳”目标的需要,以新型碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等为代表的第三代半导体材料逐步进入工业应用。半导体产业的贯通以及市场规模的快速扩大,导致摩尔定律正逐渐达到极限,先进封装互连将成为半导体行业关注的焦点。第三代半导体封装互连材料有高温焊料、瞬态液相键合材料、导电胶、低温烧结纳米Ag/Cu等几个发展方向,其中纳米Cu因其优异的导电导热性、低温烧结特性和良好的可加工性成为一种封装互连的新型方案,具有低成本、高可靠性和可扩展性,近年来从材料研究向产业链终端应用贯通的趋势非常明显。本文首先介绍了半导体材料的发展概况并总结了第三代半导体封装互连材料类别;然后结合近期研究成果进一步围绕纳米Cu低温烧结在封装互连等电子领域中的应用进行重点阐述,主要包括纳米铜粉的粒度、形貌、表面处理和烧结工艺对纳米铜烧结体导电性能和剪切性能的影响;最后总结了目前纳米铜在应用转化中面临的困境和亟待解决的难点,并展望了未来的发展方向,以期为低温烧结纳米铜领域的研究提供参考。

甲胺基金属卤化物MAPbX_(3)铁电半导体研究进展

为了研究甲胺基金属卤化物MAPbX_(3)铁电半导体的铁电性对光伏性能的影响,文中梳理了近几年MAPbX_(3)的相关研究文献,分析了MAPbX_(3)晶体的光学吸收和载流子输运性能的影响因素,阐述了MAPbX_(3)铁电性的验证方法及铁电体中载流子的分离机制,介绍了铁电半导体的应用,重点分析了MAPbX_(3)晶体结构方面的研究争议,讨论了MAPbX_(3)铁电性与铁弹性的关系,并对光伏器件的设计以及应用提出了新的研究思路。

半导体温差自发电燃气热水器设计与性能研究

一种高效节能的燃气热水器对环境改善和能源节约具有重要意义,本文设计了一种基于半导体温差发电的自发电燃气热水器装置,通过水冷散热和自主发电,提高了散热和温差发电的效率,同时解决了使用干电池带来的浪费和环境污染问题。本装置以半导体发电装置为核心,通过扁平冷热水管+温差发电模块构成的三明治结构维持较大的稳定温差,使输出功率更大、更稳定。本文研究成果可为低成本和高效节能自发电燃气热水器的设计与应用拓展新的思路。

氧化锌纳米复合材料的场发射性能研究

采用两步法制备得到氧化锌纳米复合材料。首先采用低温水热法在硅基底上生长得到氧化锌纳米棒阵列,再采用电泳法分别制备得到3种氧化锌纳米复合材料,并对所得产物进行了SEM、XRD、EDS和XPS表征,最后对产物进行了场发射性能测试。XRD、EDS和XPS测试结果表明制备产物为Al_(2)O_(3)-ZnO、MgO-ZnO和CuO-ZnO纳米复合材料。同氧化锌纳米棒阵列相比,3种氧化锌纳米复合样品的开启电场均有所下降,其中MgO-ZnO纳米复合样品的场发射性能最优,开启电场为4.7 V/μm,4种样品的开启电场从低到高依次是:MgO-ZnO<Al_(2)_O_(3)-ZnO<CuO-ZnO<ZnO,研究结果表明构建纳米复合材料能够有效提高氧化锌纳米棒的场发射性能。

应用于LED的ITO薄膜光电性能研究

为提高出光效率,在出光面和电极之间需要一种导电性好、透光性高的薄膜材料。文章研究了直流磁控溅射法制备应用于LED的ITO薄膜时,O2流量、溅射功率、溅射气压等工艺参数对薄膜光电性能的影响,并通过实验得出结论。

铂掺杂单层CdS对锂电池热失控气体CO、CH_(4)的吸附特性研究

当锂电池处于极端放电或热失控环境时,会产生CO、CH_(4)等热失控气体,研究更优良的气体传感器对检测热失控气体浓度、监测锂电池运行状态具有重要的现实意义。采用第一性原理计算,比较和分析了单层CdS和铂(Pt)掺杂单层CdS结构特征、差分电荷密度、态密度、吸附特性、解吸时间和前沿轨道理论计算。掺杂后两种气体的吸附能分别为-2.52 eV和-0.27 eV。单层CdS对两种气体的吸附类型为物理吸附,掺杂后CO吸附类型转变为化学吸附,分波态密度表明CO气体分子与掺杂的Pt原子发生轨道杂化现象,表现出Pt掺杂单层CdS对CO的吸附选择性。Pt-CdS在三种拟定温度下解脱CO的时间均超过10^(14) s,说明Pt-CdS具有作为CO气体吸附材料的潜力。实验结果表明铂掺杂有效提升了单层CdS对锂电池气体的选择性吸附能力。

基于摩擦纳米发电机的输电线振动能俘获研究

随着全球能源需求的增长和环境问题的加剧,输电线路振动能量收集技术成为研究热点。通过将输电线路的振动能量转化为电能,可以为电力系统提供额外能源补充,提升能源利用效率。提出了一种全方位能量收集摩擦纳米发电机(OEH-TENG),根据独特的工作原理,在复杂环境中,高效收集振动能量,克服了传统TENG输出功率不足的问题。OEH-TENG具备高适应性和可定制性,能为输电线路监测系统提供持续稳定的能源支持,具有重要的应用前景。