氮化镓基单片功率集成技术

宽禁带、高临界击穿电场和高饱和电子速度的材料优越性,以及铝镓氮/氮化镓(Al GaN/GaN)异质结能通过极化不连续性在其界面极化诱导出具有高浓度、高迁移率的二维电子气并制备出高电子迁移率晶体管,使氮化镓器件正成为下一代功率和射频应用领域的新型高性能电子器件。氮化镓基单片功率集成技术是减小寄生电感影响、提升集成电路开关速度、降低系统功耗和实现系统小型化的关键技术。该文围绕氮化镓单片功率集成技术,对p/n双极性沟道异质结外延结构、单片异质集成、全氮化镓集成电路和p沟道器件关键技术的研究进展进行了全面分析。

福建省氮化镓外延专利技术现状与发展建议

氮化镓作为宽禁带半导体材料的代表之一,在电力电子、微波通信、光伏逆变、照明等应用领域具有硅材料无法企及的优势,有重大战略意义。本文以氮化镓外延技术专利活动情况为研究目标,从专利申请趋势、专利地域分布、主要申请人和技术领域分布等角度进行对比分析,梳理专利技术现状,并对福建省氮化镓外延技术发展提出相关建议。

第三代半导体氮化镓材料单晶制备技术及应用前景

随着科技的发展,半导体材料与人们的生活息息相关。氮化镓作为第三代半导体材料的代表,具有宽禁带、介电系数小、高电子迁移率、高热导率和耐辐射的优点,广泛用于光电器件、微电子领域中。本文详细阐述了氮化镓一维纳米线、单晶衬底的制备方法的原理及优缺点(如VLS法、HVPE法、氨热法等)、简述了在光电、射频、电子电力领域中的应用,并展望了未来的发展前景。

垂直氮化镓沟槽栅极场效应管的优化设计

在传统的氮化镓沟槽栅极场效应管的基础上,通过引入AlGaN层,在异质结界面处形成二维电子气减小器件的导通电阻,并对漂移层的厚度和掺杂浓度进行讨论,使用TCAD软件对器件进行设计优化。最终优化后的漂移层厚度为6μm,掺杂浓度为5×10^(16)cm^(-3)。器件获得了较低的导通电阻R_(on)=0.47 mΩ·cm^(2),较高的击穿电压V_(BR)=2880 V和品质因子FOM=17.6 GW·cm^(-2)。结果显示出了沟槽栅极垂直氮化镓场效应管在高压大电流应用场景下的优势。

超声振动辅助抛光氮化镓分子动力学仿真分析

为了揭示超声振动辅助抛光(ultrasonic vibration-assisted polishing,UVAP)氮化镓(GaN)的微观机理,为优化超声参数实现GaN材料高效去除和改善表面质量提供指导意见。采用分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟方法研究了超声振动条件下单个磨粒在氮化镓(GaN)材料表面的划擦行为,并分析了超声振动周期和幅值对GaN材料去除行为的影响。结果表明,随UVAP振动周期的增大,平均切向力不断减小,平均法向力先增大后减小,损伤层厚度先降低后逐渐趋于平缓。振动周期为40 ps时,去除原子数量为常规抛光的5.6倍,同时损伤层深度仅为15.85。而随着UVAP振幅的增加,平均切向力先减小后增大,平均法向力不断减小,划痕宽度和损伤层深度非线性增大。在振幅为8时,损伤层深度与常规抛光基本保持一致,且去除原子数量相比常规抛光提升了4.6倍。UVAP较常规抛光能够降低平均磨削力,增大划痕宽度,提升去除原子数量,具有优异的抛光效果。UVAP振动周期和振幅的增大均会增加划痕底部的位错类型。此外,位错总长度的大小主要受振幅的影响,而与振动周期基本无关。通过调控UVAP振动周期和振幅分别为40 ps和8,能够保证较好的表面质量和较高的材料去除效率。

C波段2000 W氮化镓线性固态功放研制

介绍了一种C波段2000 W氮化镓高功率线性固态功放的工程实现。使用32片GaN功率管芯芯片,采用微带Gysel功分器与波导功分/合成网络相结合的方式进行功率合成,功放在900 MHz的工作频带内连续波饱和输出功率大于2000 W,最大输出功率2290 W。采用射频预失真线性化技术优化氮化镓功放线性度,功放三阶互调指标改善幅度大于4 dB,优于-29 dBc。选择带热管的翅片散热器的强制风冷方案,提高散热器的换热效率,散热性能良好。功放配置了完善的控保功能,可靠性及实用性满足工程使用要求。功放插箱和电源模块采用热插拔设计,便于快速维修,适用于测控、通信、广电等领域的微波发射系统。

Ku波段800 W氮化镓高线性固态功放研制

介绍了一种Ku波段800 W氮化镓(GaN)高线性度固态功放的工程实现。使用32片GaN功率芯片,采用微带Gysel功分器与波导功分/合成网络相结合的方式进行功率合成,功放在750 MHz的工作频带内连续波饱和输出功率大于850 W。采用射频预失真线性化技术优化氮化镓功放线性度,功放三阶互调指标改善幅度大于5 dB,优于-32 dBc。功放选择带热管的翅片散热器的强制风冷方案,提高了散热器的换热效率,散热性能良好。通过实时监测功放芯片管壳温度,自动配置散热风扇转速,实现了功放的自适应热管理,在降低功放功耗的同时,减小了产品噪声。功放配置了完善的控保功能,技术状态稳定。由两台功放组成了1备1组件系统,可靠性及实用性满足工程使用要求,适用于测控、通信、广电等领域的微波发射系统。

基于氮化镓的反激同步整流DC/DC变换器设计

给出了一种适合低轨商用航天的中小功率DC/DC变换器的设计方法。该方法采用了反激同步整流拓扑和表贴器件,可以覆盖常见的航天用中小功率单路及多路输出DC/DC变换器需求,具备低成本、高性能、高可靠、可批量化生产的优点。为了进一步提高转换效率和功率密度,还应用了氮化镓GaN(gallium nitride)功率开关。并且对不同工作条件下拓扑中主要功率器件的损耗进行了计算和对比分析。最后,以一款宽输入电压范围(23~47 V),输出5 V@30 W的电源变换器为例对所提方法进行了验证。

开态应力下氮化镓HEMT器件的退化机理研究

当前,氮化镓(gallium nitride,GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,HEMTs)器件已逐渐被广泛应用。然而,退化问题仍然是困扰其高可靠应用的重要因素。特别是开态应力下,器件的退化机理值得深入研究。文章基于实验测试及仿真,重点研究了氮化镓射频HEMT器件在开态应力下的退化现象与机理。研究结果表明,单一的高漏压应力并不会对器件带来明显退化,而高漏压与大的漏极电流结合则会对器件产生明显退化,这一影响重点集中在栅极与漏极之间的有源区。需要注意的是,栅极偏置电压在沟道电子进入栅下区域的过程中也起到了重要作用。开态应力下,栅极偏压形成的垂直电场会使得器件栅下区域损伤更加严重。文章的研究成果可以为氮化镓射频器件在复杂环境下的高可靠性应用提供重要支撑。

氮化镓功率器件在宇航电源中的发展与应用

随着航天器功率需求不断增大,对宇航电源的效率提出了更高的要求。第三代宽禁带半导体—氮化镓(GaN)功率器件具有更低的导通损耗、纳秒量级的开关速度等优点,能够使宇航电源的效率得到进一步提高。该文分析了GaN功率器件的结构特性与电气性能优势,针对GaN功率器件在国内外宇航电源中的应用情况进行总结;并提出GaN功率器件以及高频电源在宇航环境中广泛使用面临的关键问题。分析认为GaN功率器件应侧重于单粒子辐照加固以及耐辐照稳定性驱动方案研究,而宇航电源的整体研究则应该关注高频电源集成技术以及散热问题。

一种基于氮化镓功率器件和超级电容的台区融合终端电源系统设计

传统的配电终端电源系统由主电源模块和后备电源模块组成。主电源模块普遍采用基于硅基功率器件的开关电源,功率开关器件损耗较大,温升明显。后备电源采用电池组或者大电容组,面临寿命短、功率密度低、受温度影响的放电性能和受限制的充放电电流等问题。为了解决这个问题,提出一种基于氮化镓功率器件和超级电容的台区融合终端电源系统,设计了包括主、后备电源的整体电路架构。在主电源侧,提出了适用于配电台区场景,基于氮化镓功率器件的功率开关管的额定电压电流的选型方法,基于Cascode级联型氮化镓功率器件的驱动电路设计方法;在后备电源侧,提出了后备电源工作电压、容量设计方法。最后,开发出一款基于上述关键技术的电源系统,并采用电能质量测试仪和数字录波器搭建试验环境,对电源系统进行输出稳定性、能效、主后备电源模块切换特性进行试验。试验结果表明,所设计的电源系统在异常工况下,仍具有电压稳定输出和高转换效率特性,有一定工程实用性。

高调制带宽下的氮化镓Micro-LED LiFi光通信系统的设计与实现

本研究旨在探究高调制带宽下的氮化Micro-LED LiFi光通信系统在高调制带宽下的技术应用,首先,阐述了高调制带宽下的氮化Micro-LED LiFi系统原理,分析了其基于微小发光二极管的高速光通信的可行性。接着,完善了系统硬件设计的选型与优化,在系统软件设计层面,采用了先进的信号处理和调制解调技术,实现了高速数据传输和低误码率。最后,完成了系统实现与测试,搭建了实验平台进行了性能评估。结果表明,通过优化硬件和软件设计,系统成功实现了高传输率,在不同距离和角度下进行了功能测试,验证了系统的安全可靠性,为系统性能的进一步提升奠定了良好的技术基础。

第三代半导体材料氮化镓的拉曼光谱分析

第三代半导体材料中氮化镓是高频电子器件、大功率电子器件和微波功率器件制造领域的首选材料。为了实现高质量氮化镓材料的外延生长,并且精准表征氮化镓外延材料的特性,文章对氮化镓外延材料进行了深入的拉曼光谱分析。实验结果表明,对氮化镓外延材料进行拉曼光谱分析时最佳扫描范围是100~1000 cm^(-1)、最佳曝光时间是5 s、最佳光孔直径为100μm,从而更精准地表征氮化镓外延材料,进而对微波功率器件的性能提升起到推动作用。

面向人体健康监测的氮化镓氨气气敏传感器性能分析

目的了解人体呼出气体的疾病标志物,实现人体呼出氨气的实时监测。方法采用水热法结合高温氮化制备得到多孔氮化镓(GaN)纳米椭球体,将其作为传感器膜涂敷于带有金电极的叉指电极表面,得到NH_(3)的室温快速检测传感器。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和比表面积测试等对所制备材料的组成和形貌进行了表征,可见合成的GaN是具有大比表面积的多孔纳米结构。测试了传感器对NH_(3)的动态响应、选择性、重复性和稳定性等性能。结果室温条件下,传感器对100×10^(-6)NH_(3)的响应度(ΔG/G_(0))约为448%,且表现出快速的响应时间及恢复时间(分别为22 s和24 s)。此传感器对(1~200)×10^(-6)范围内的NH_(3)具有良好的线性响应,可以实现对NH_(3)的定量检测。GaN气敏传感器对NH_(3)的检出限可达178×10^(-9),可实现对微量NH_(3)的检测。此外,探究了GaN对NH_(3)响应的传感机制。结论该研究为面向人体健康监测的NH_(3)传感器研究提供了理论和实验基础。

蓝宝石衬底在氮化镓外延生长技术中的应用进展

第三代半导体技术主要涉及宽禁带半导体材料,其中氮化镓(GaN)材料因其卓越的电学和热学性能而受到广泛关注,特别是它们在高温、高功率和高频率环境下的应用潜力。在这一研究领域中,蓝宝石衬底(α-Al_(2)O_(3))主要为单晶氧化铝材料,其主要作为基板材料应用于氮化镓(GaN)外延生长技术中。蓝宝石衬底在提高GaN薄膜质量的同时,也为高性能第三代半导体器件的制造提供关键支持。本文就蓝宝石衬底的加工工艺、应用领域及面临的挑战进行进一步阐述。

专利视角下氮化镓产业链发展态势分析

氮化镓材料的研究与应用是目前全球半导体行业研究的热点。基于incoPat专利数据库,从申请趋势、技术分布、主要申请人和地域分布多个维度,对氮化镓全产业链进行专利分析,厘清全球、我国及国内省市氮化镓产业链创新主体概况以及技术现状和发展趋势,以期为我国氮化镓产业创新发展提供参考。

西安电子科技大学攻克1200V以上增强型氮化镓电力电子芯片量产技术

近日,西安电子科技大学广州研究院第三代半导体创新中心郝跃院士、张进成教授课题组李祥东团队在蓝宝石基增强型e-GaN(氮化镓)电力电子芯片量产技术研发方面取得突破性进展。李祥东团队与广东致能科技公司联合攻克了≥1200V超薄GaN缓冲层外延、p-GaN栅HEMTs设计与制造、可靠性加固、高硬度材料封测等整套量产技术,成功开发出阈值电压超过2V、耐压达3000V的6英寸蓝宝石基增强型e GaNHEMTs晶圆,展示了替代中高压硅IGBT和SiC MOSFET的巨大潜力。

国产氮化镓半桥模块面世,体积缩小67%

11月8日,国星光电宣布,旗下子公司风华芯电于近日成功开发出基于扇出面板级封装的D-mode氮化镓半桥模块。据了解,该模块在封装形式上取得新突破,采用自主研发的扇出面板级封装形式,其通过铜球键合工艺实现氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMT)和硅(Si MOS)芯片的凸点结构,借助再布线层(RDL)的镀铜工艺实现互连,达到4个功率管有效互连效果,并形成半桥拓扑结构,实现模块内部结构的高密度集成,减少产品体积,提升性能优势。

信越12英寸氮化镓外延QST衬底出样,有助于降低GaN产品成本

日本信越化学当地时间9月3日宣布成功开发出用于氮化镓GaN外延生长的300mm(IT之家注:一般也称12英寸)的QST衬底,并已从近期开始向客户供应相关样品。相较于以12英寸晶圆为主流的硅半导体,氮化镓生产目前仍集中在6英寸与8英寸上,这其中部分是因为氮化镓和硅热存在热膨胀系数差异,大尺寸硅基衬底容易导致在其上生长的氮化镓外延层出现翘曲与开裂。

国内氮化镓半导体第一股诞生,英诺赛科成功上市

12月30日,氮化镓功率半导体行业的领军企业一一英诺赛科(苏州)科技股份有限公司(以下简称“英诺赛科”)在香港主板成功挂牌上市,开盘市值超过270亿港元。在英诺赛科此番战略配售中,吸引了包括意法半导体、江苏国企混改基金、东方创联以及苏州高端装备在内的4名基石投资者。这些基石投资者合共认购了1亿美元的发售股份,其中意法半导体认购了半数股份,显示出其对英诺赛科未来发展的高度认可和信心。