镓硼共掺对6英寸VGF法锗单晶电阻率均匀性的影响

由于杂质分凝效应,镓掺杂垂直梯度凝固(VGF)法锗单晶的电阻率分布不均匀,理论上利用镓和硼分凝系数的差异,镓硼共掺工艺可以提升锗单晶电阻率均匀性。采用镓硼共掺工艺制备了6英寸(1英寸≈2.54 cm)VGF法锗单晶,对比分析了掺杂工艺对锗单晶电阻率均匀性的影响。当镓和硼杂质浓度分别为5.13×10^(18)cm^(-3)和0.67×10^(18)cm^(-3)时,在等径0~40 mm范围内轴向电阻率不均匀性为4.92%,等径0 mm和40 mm处径向电阻率不均匀性分别为1.63%和0.45%,与镓杂质浓度为5.13×10^(18)cm^(-3)的镓掺杂工艺相比,锗单晶头部的电阻率均匀性明显提升。当硼杂质浓度提高到1.89×10^(18)cm^(-3)时,镓硼共掺锗单晶头部电阻率均匀性变差。结果表明,适量硼掺杂的镓硼共掺工艺可以提升锗单晶头部电阻率均匀性。

灵宝扩建工程6英寸换流阀的设计和试验

对灵宝扩建工程6英寸换流阀的设计、绝缘和运行试验进行了介绍,并给出了试验电路拓扑。灵宝扩建工程是世界上首次基于6英寸晶闸管换流阀将额定直流电流提升至4 500 A的工程实践。直流换流阀的设计是直流输电工程的关键技术之一,直接影响工程的安全可靠运行。

6英寸SiC单晶质量对GaN外延薄膜的影响

大直径高质量SiC衬底对提高SiC和GaN器件的良率、降低器件成本具有重要意义。然而,随着单晶直径的扩大,如何实现衬底片内单晶质量均匀性是亟需解决的问题之一。使用数值模拟软件构建了两种生长模型并研究其温场分布,模拟结果表明微凸温场生长的晶体外形更加平整。对两个批次的6英寸(1英寸=2.54 cm)SiC单晶衬底分别进行了(004)面X射线摇摆曲线全图扫描,评价了衬底结晶质量,并在衬底上进行了GaN外延生长。结果表明,采用结晶质量好且均匀的SiC单晶衬底,外延生长的GaN质量更高。

6英寸特高压晶闸管类台面负角造型研究

本文论述了目前最为先进的晶闸管结终端造型技术——类台面负角造型技术,此技术与传统负角造型技术相比可以为6英寸特高压晶闸管节省9.2%的有效阴极通流面积,提高8.4%的表面阻断转折电压。类台面造型最佳深度在芯片扩散p-n结结深值附近,但不能超过结深。

高品质6英寸N型4H-SiC单晶生长研究

PVT法生长SiC单晶生长腔的温场分布是影响晶体质量的重要因素。采用数值模拟研究了保温层和坩埚结构以及线圈位置对6英寸SiC晶体生长温场的影响,优化出了适合高品质6英寸SiC晶体生长温场分布,在此条件下生长无裂纹的6英寸N型4H-SiC晶体。用高分辨率X射线衍射、拉曼光谱和缺陷检测系统对所加工的SiC衬底片的质量进行了表征。测试结果表明,晶型为单一的4H-SiC,微管密度小于1 cm^-2,电阻率范围为0.02~0.022Ω·cm,X射线摇摆曲线半高宽为21.6″。

6英寸高均匀性P型硅外延片的工艺研究

主要进行了6英寸(152.4 mm)高均匀性P型硅外延片的生产工艺研究。利用PE-2061S型桶式外延炉,在重掺硼的硅衬底上化学气相沉积P/P+型硅外延层。通过流场调节工艺、基座包硅工艺、变流量解吸工艺、两步生长工艺等关键工艺的改进,对非主动掺杂效应进行了有效抑制,利用FTIR(傅里叶变换红外线光谱分析)、C-V(电容-电压测试)、SRP(扩展电阻技术)等测试方法对外延层的电学参数以及过渡区形貌进行了测试,得到结晶质量良好、厚度不均匀性<1%、电阻率不均匀性<1.5%的6英寸P型高均匀性硅外延片,各项参数均可以达到器件的使用要求。

±800 kV特高压直流输电用6英寸大功率晶闸管换流阀

现如今,中国有多条±800 kV特高压直流输电项目正在建设或正在规划之中。较高的输电电压及其较高的稳态、瞬态过压而产生的晶闸管换流阀绝缘设计难点已在云南—广东±800 kV/5 000 MW直流输电工程中得到了研究和解决,但是在向家坝—上海特高压直流输电±800 kV/6 400 MW工程中,必须采用更大功率的晶闸管,才能满足额定电流4 000 A的要求。为了满足实际工程需要,基于硅片的新一代6英寸大功率晶闸管应运而生,同时,为了满足更高直流电流的要求,在晶闸管换流阀设计中,应用了相关新的设计技术。笔者介绍了向家坝—上海特高压直流输电工程中复龙站晶闸管换流阀设计,包括阀的结构、电气设计、机械设计、阀内部电器件选择等,另外,对6英寸晶闸管的特点作了介绍。复龙站换流阀型式试验已分别在德国西门子、中国西安高压电器研究院有限责任公司完成,试验结果表明,基于6英寸晶闸管的向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程复龙站换流阀设计可靠,可保证向家坝—上海输电工程复龙站换流阀的长期、可靠运行。

脉冲开关用6英寸高di/dt晶闸管的研制

针对脉冲开关用晶闸管对di/dt耐量的高要求,阐述了晶闸管的导通过程和di/dt的失效机理。通过选用适当的硅单晶参数,调整P基区浓度分布,优化门极图形,采用双负角造型工艺,设计并试制出6英寸脉冲开关用晶闸管。该晶闸管的脉冲峰值电流可达300 kA,di/dt耐量超过3 000 A/μs,试验表明其具有良好的稳定性和可靠性。

6英寸N型碳化硅晶体多线切割工艺

采用砂浆多线切割工艺加工6英寸(1英寸=25.4 mm)N型碳化硅晶体,研究了此工艺中钢线张力、线速度、进给速度等切割参数对晶片切割表面的影响。通过优化切割工艺参数,最终得到高平坦度、低翘曲度、低线痕深度的6英寸N型碳化硅晶片。

溅射ScAlN对6英寸蓝宝石衬底上GaN HEMT的曲率影响

随着衬底尺寸的增大以及外延层厚度的增加,由晶格失配和热膨胀系数失配导致的晶圆弯曲和开裂的问题将越发突出。本文采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术分别在AlN/蓝宝石衬底和ScAlN/蓝宝石衬底上外延生长了GaN,用原子力显微镜、X射线双晶衍射仪、拉曼光谱、弯曲度测试仪等设备进行了对比分析。实验结果表明,AlN/蓝宝石衬底和ScAlN/蓝宝石衬底上的GaN材料弯曲度值分别为52.6um和29.7um。相较于AlN/蓝宝石衬底,ScAlN/蓝宝石衬底上的GaN材料的弯曲度明显降低,更有利于外延材料生长及器件工艺制备。

用合成回路进行±800kV向家坝-上海工程换流阀运行试验

±800 kV直流输电工程电压等级高,额定电流大,并且采用世界上首次在工程中采用的6英寸晶闸管。为了对800 kV换流阀进行有效的试验,采用了利用新开发的一套合成回路对800 kV换流阀进行试验的过程,试验可以模拟换流阀在实际运行中的各种运行状态。得到了向上工程换流阀运行试验的相关结果。试验结果证明向上工程换流阀设计完全满足要求,所有参数均高于工程设计水平。

半绝缘碳化硅单晶衬底的研究进展

碳化硅(SiC)被认为是最重要的宽禁带半导体材料之一,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性质。基于SiC材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行,而且在高电压、高频率状态下也具有更高的可靠性。近20年来,随着材料生长技术、制造工艺与器件物理的迅速发展,SiC材料及器件在雷达、5G通信、电动汽车等领域获得了广泛应用,对国防工业发展、国家信息安全、国民经济建设均产生了极其重要的影响。在以SiC为基础的大功率半导体器件产业链中,高质量的SiC单晶制备及其产业化是最为重要的一环。本文针对半绝缘SiC单晶衬底材料国内外发展进行了分析归纳,重点介绍了山东大学半绝缘SiC的研究历程、现状,并对研究和产业发展、存在的挑战做了论述。

六英寸Si基GaN功率电子材料及器件的制备与研究

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的代表,具有优异的材料物理特性,更加适合于下一代电力电子系统对功率开关器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣工作温度的要求。为了兼容Si基CMOS工艺流程,以及考虑到大尺寸、低成本等优势,在Si衬底上进行GaN材料的异质外延及器件制备已经成为业界主要技术路线。详细介绍了在6英寸Si衬底上外延生长的AlGaN/GaN HEMT结构功率电子材料,以及基于6英寸CMOS产线制造Si基GaN功率MIS-HEMT和常关型Cascode GaN器件的相关成果。

胜利小井眼取心技术在贵州安页1井页岩气地层的应用

本文对小井眼取心技术进行初步探讨。