不同栅氧退火工艺下的SiC MOS电容及其界面电学特性

SiC MOS电容的电学特性和栅氧界面特性是评价和改进SiC MOS器件制造工艺的重要依据。通过依次测试SiC MOS器件的氧化物绝缘特性、界面态密度、偏压温度应力不稳定性(偏压温度应力条件下的平带电压漂移)、氧化物陷阱电荷密度和可动电荷密度的方法,对分别经过氮等离子体氧化后退火(POA)处理、氮氢混合等离子体POA处理、氮氢氧混合等离子体POA处理、氮氢氯混合等离子体POA处理的SiC MOS电容的电学特性和栅氧界面特性进行了分析。结果表明,该方法可以系统地评价SiC MOS电容电学特性和栅氧界面特性,经过氮氢氯混合等离子体POA处理的SiC MOS电容可以满足高温、大场强下长期运行的性能指标。

高压SiC器件电流互感器型取能装置耦合电容特性和抑制研究

高压碳化硅(SiC)器件驱动电路的隔离电源面临更高的dv/dt冲击,极易引起强共模干扰而导致器件失效。高频电流互感器(HCT)型取能是一种新型高压SiC器件隔离取能方法,但是其耦合电容与结构参量关联特性不清,难以有效提升抗dv/dt性能和实现小型化。该文首先,构建了HCT型隔离取能结构的三维仿真模型,系统地探究了其关键结构参量(隔离距离、偏心位置、绕组绕制方式、匝数等)对耦合电容的影响特性;然后,提出了HCT型取能结构多参量影响下的耦合电容优化方法,同等体积下达到耦合电容最小;最后,通过实验验证了所述方法和所研装置的有效性。结果表明,仅通过调整HCT型隔离取能结构穿心位置可降低约20%的耦合电容,所研取能装置隔离容值仅为0.74pF,比传统设计和同类商业产品分别降低了55%和70%,最大无局部放电电压达到15.5 kV。

碳组分对轨道交通C/C-SiC制动盘摩擦性能的影响

采用2.5D无纬布/网胎叠层针刺预制体,通过化学气相渗透、树脂浸渍碳化制备了密度1.40~1.45 g/cm^(3)的热解碳、热解碳-树脂碳组分C/C坯体,再经高温热处理、净尺寸加工及反应熔渗硅获得两种C/C-SiC制动盘,分析了碳组分对C/C-SiC材料物相含量、微观结构的影响;通过1∶4高速列车台架试验,对比研究了两种C/C-SiC制动盘匹配粉末冶金闸片,在不同制动压力、制动速度下的摩擦性能。结果表明,不同碳组分材料的陶瓷化性能有一定差异,树脂碳的引入改善了孔隙结构,产生均匀的陶瓷相,残留Si少,制备的C/C-SiC更致密。在50~300 km/h制动速度下,摩擦因数变化呈先快速上升后缓慢下降再逐渐平稳的趋势,150 km/h制动速度下两种制动盘摩擦因数均接近峰值;随着制动压力增加,热解碳组分C/C-SiC盘的摩擦因数呈下降趋势,热解碳+树脂碳双组分C/C-SiC盘的摩擦因数稳定在0.60~0.72。

单轴应变对本征和N掺杂4H-SiC电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了单轴应变对本征和N掺杂4H-SiC电子结构的影响.研究表明应变可以有效调控本征和N掺杂4H-SiC的带隙,在拉应变作用下,带隙单调减小;而在压应变作用下,带隙先增大后减小,当压应变为-1%时,带隙达到最大值.对态密度的分析可知本征和N掺杂4H-SiC的价带顶主要来自Si 3p和C 2p态电子,导带底主要来自Si 3p态电子,C 2p态和Si 3p态通过影响价带顶和导带底从而导致应变结构中带隙发生变化.通过Mulliken布局和差分电荷密度分析可知,随着晶格常数的增加Si原子向C原子和N原子转移的电荷减少,同时Si-C原子和Si-N原子之间的共价性减弱.

基于SiIGBT与SiCFET并联的新型混合器件特性解析及对比研究

对由SiC FET与Si IGBT并联组成的新型混合器件(HY_F)开展研究。首先,分析HY_F的基本结构与工作原理,并搭建HY_F的导通损耗模型、开通损耗模型以及关断损耗模型。其次,基于混合器件的仿真模型,分析HY_F与传统Si IGBT/SiC MOSFET混合器件(HY_M)在不同额定电流等级下损耗与成本的优劣势。仿真结果表明,当额定电流为较小(15 A)时,HY_M能以较低的成本实现更低的损耗;混合器件在额定电流较大(25 A、40 A)时,HY_F能以更低的成本实现更低的损耗。最后,通过实验验证结论的正确性。

铅铋合金填充间隙的SiC复合包壳燃料棒初步设计

SiC复合包壳热导率在辐照后显著下降,且在发生芯块-包壳机械相互作用时会受到较大的拉应力导致失效。为改善SiC材料导热性能差导致燃料温度过高及芯块-包壳机械相互作用导致包壳失效的问题,提出了使用液态铅铋合金(Lead-Bismuth Eutectic,LBE)填充芯块-包壳间隙的设计。基于FRAPCON程序添加了芯块-包壳间隙材料填充模型,对液态铅铋合金填充间隙的双层SiC包壳燃料棒进行了初步分析,并优化了设计参数。对比了三种燃料棒(UO_(2)-SiC、含中心孔的UO_(2)-SiC、UO_(2)-LBE-SiC)在正常运行工况下的性能。结果表明:中心孔芯块设计不能避免UO_(2)-SiC燃料棒的失效,优化设计后的UO_(2)-LBE-SiC燃料峰值温度下降约200 K,LBE填充芯块-包壳间隙也避免了芯块-包壳机械相互作用的发生,外层包壳最大拉应力为5 MPa,燃料棒失效概率小于1×10^(-6),可满足安全性要求。

连续吸波SiC纤维增强SiOC陶瓷基复合材料的高温吸波性能

利用带原位BN涂层的吸波SiC纤维为增强体,以硅氧碳(SiOC)陶瓷为基体,采用先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备SiC-BN/SiOC陶瓷基复合材料。在7个PIP制备周期后复合材料实现致密化,密度为2.05 g/cm^(3),孔隙率为4.28%。采用矢量网络分析仪测试介电常数,结合传输线理论对复合材料在8.2~18 GHz下室温至800℃的吸波性能进行计算优化。结果表明:SiC-BN/SiOC复合材料的室温介电常数呈现出明显的频散效应,使其具有良好的宽频吸波特性。当复合材料厚度为2.1 mm时,在X波段和Ku波段反射损耗优于-10 dB的最大频宽为5.7 GHz。此外,复合材料的复介电常数实部和虚部随着环境温度的升高而增大。在宽频反射损耗优于-5 dB的水平下,材料的最优厚度由2.3 mm(200℃)降至1.1 mm(800℃)。

木质衍生SiC基定型复合相变储热材料的制备及储热稳定性研究

以市售榉木及工业晶体硅片切割废料为原料,采用液相渗硅工艺成功制备了气孔率为51.4%且遗传榉木孔胞结构的木材陶瓷。分别以石蜡和聚乙二醇为相变材料,成功制备碳化硅/石蜡复合相变材料和碳化硅/聚乙二醇复合相变材料。对复合相变材料储热稳定性进行表征,结果表明SiC/PW复合相变材料具有56.51 J/g的相变潜热,导热系数为56.217 W/(m·K);SiC/PEG复合相变材料具有34.79 J/g的相变潜热,导热系数为53.216 W/(m·K),具备良好的储热性能和导热系数,解决单一石蜡或聚乙二醇作为相变材料热传导性差的问题。

SiC基辐射伏特电池研制及性能优化

为提升辐射伏特电池(简称辐伏电池)的总转换效率和输出功率,综合考虑耗尽区宽度、扩散长度及电极结构等因素对电荷收集效率、总转换效率及输出功率的影响,通过优化换能器件及电极结构,成功制备出总转换效率及输出功率较高的63Ni-SiC基PIN结换能器件。所制备的辐伏电池的短路电流、开路电压、输出功率及总转换效率分别达到了10.29~13.43 nA·cm^(-2)、1.32~1.44 V、11.66~14.69 nW·cm^(-2)及2.24%~2.82%。与团队之前的工作相比,开路电压、FF因子及总转换效率分别平均提高了127.50%、114.47%及512.10%,且总转换效率高于文献报道的结果(0.5%~1.99%)。结果表明:通过采用具有“浓度梯度层Ⅰ层”的PIN结构、优化结区宽度和掺杂浓度,以及优化电极材料和结构,可显著提升辐伏电池的总转换效率和输出功率,为辐伏电池的设计与制备提供了重要的理论参考和实验依据。

微纳SiC_P粒度和浓度对化学镀Ni-P-SiC_(P)复合镀层组织与性能影响

以微纳SiC为第二相微粒,在42CrMo钢表面制备Ni-P-SiC_(P)复合镀层,研究了微纳SiC_(P)的粒度(5μm和0.5μm)和浓度对化学镀Ni-P-SiC_(P)复合镀层沉积速率、表面形貌、成分、显微硬度和耐蚀性的影响,并结合Ni-P-SiC_(P)复合镀层截面形貌和成分分布,探讨了Ni-P-SiC_(P)复合镀层的沉积机理。结果表明:SiC_(P)的添加抑制了化学沉积反应,导致Ni-P-SiC_(P)复合镀层的沉积速率下降,但0.5μm的SiC_(P)对沉积反应的抑制作用较弱,形成的NiP-SiC_(P)-0.5复合镀层表面的胞状物尺寸更均匀、平整、致密,随SiC_(P)浓度的增加,Ni-P-SiC_(P)复合镀层的沉积速率下降,复合镀层表面的Ni∶P增加;当SiC_(P)浓度7 g/L时,复合镀层表面的SiC_(P)发生堆积或团聚。当SiC_(P)浓度为5 g/L时,Ni-P-SiC_(P)-0.5复合镀层的显微硬度最大,约753 HV,耐蚀性也最优,自腐蚀电位为-0.363 V。浸润处理后的SiC微粒表面带负电,吸附大量的Ni~(2+),向基底表面运动,与Ni、P均匀的共沉积到基底表面,共沉积的SiC_(P)在复合镀层中具有弥散强化和惰性物理屏障的作用,使Ni-P-SiC_(P)复合镀层具有更高的硬度和更优的耐蚀性。

半固态注射成型SiC_(p)/AZ37镁合金复合材料的低周疲劳性能

采用半固态注射成型工艺制备不同质量分数(0,5%,12%)SiC_(p)/AZ37镁合金复合材料,研究了SiC_(p)添加量对显微组织、拉伸性能和低周疲劳性能的影响。结果表明:不同SiC_(p)添加量下复合材料均由初生α-Mg、β-Mg17Al12析出相和SiC_(p)组成,相比AZ37镁合金,晶粒尺寸显著细化,析出相数量减少,屈服强度和弹性模量增大,抗拉强度和断后伸长率减小,随着SiC_(p)添加量增加,拉伸断裂模式由韧性断裂向韧脆混合断裂、脆性断裂转变;随着SiC_(p)添加量增加,循环滞回环变窄,低周疲劳寿命先延长后缩短,循环响应为初始循环软化后循环硬化直至失效,循环硬化程度增大。

C_f/SiC陶瓷管的制备及性能研究

为解决传统成型工艺难以制备纤维增强SiC陶瓷管等问题,采用纳米SiC浆料浸渍碳纤维无纺布,经无纺布的卷管成型工艺制成碳纤维增强碳化硅(C_f/SiC)陶瓷管预制体。通过化学气相渗透(CVI)法制备SiC包覆层,采用前驱体浸渍裂解(PIP)法进行致密化得到C_f/SiC陶瓷管;分析CVI工艺对SiC包覆层的微观形貌、陶瓷管的微观形貌和力学性能的影响,以及PIP工艺对陶瓷管微观形貌、孔隙率、密度、力学性能和导热性能的影响。结果表明:CVI制备SiC包覆层的最佳工艺条件为反应温度1100℃、反应时间2 h,经过CVI沉积SiC包覆层后陶瓷管的环向强度得到提升,从12.01 MPa增加到13.52 MPa;经过PIP工艺后,C_f/SiC陶瓷管的孔隙率降低至18.3%,密度增加到2.27 g/cm^(3),环向强度达到12.04 MPa;当PCS质量分数从5%增加到20%时,陶瓷管的环向强度从10.13 MPa增加到16.91 MPa;经过致密化后的C_f/SiC陶瓷管导热性能得到了提升。该研究提出了一种适用于纤维增强陶瓷管的卷管成型和致密化工艺,可为纤维增强SiC陶瓷管的制备提供参考。

基于SiC器件的高压宽范围直流辅助电源

辅助电源是电力变换装置中的重要组成部分,在太阳能发电站等系统中,需应对高压宽范围输入下的稳定运行挑战。针对单管反激电源在高压宽范围输入导致的高电压应力、高成本以及低效率问题,该文基于级联反激变换器,首先进行了开关模态分析,深入研究计及寄生参数的开关工作过程;然后在此基础上,建立级联反激变换器的精确数学模型,研究了各核心元器件对电路性能的影响,并提出一种参数设计方法;最后基于SiC器件,搭建了一台300~1 500V输入、24 V输出的100 W辅助电源样机,变换器全工况运行中最高效率达到93.4%。结果验证了所设计的高压宽范围辅助电源方案的有效性。在低成本、宽输入范围和高电压应力条件下,保证了辅助电源的高效转换。

Li掺杂对4H-SiC光电性质影响的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Li掺杂4H-SiC体系的电子结构及光学性质.结果表明,掺杂前后的4H-SiC均为间接带隙半导体,Li原子间隙掺杂后形成n型半导体,Li原子替位式掺杂体系的禁带中出现了杂质能级,降低了电子跃迁时所需的能量;对电荷差分密度图的分析表明,Li原子失去电子,导致Li-C键和Li-Si键的共价性降低,以离子性为主;在可见光区域,相比于4H-SiC体系,掺杂体系的吸收率峰值均有所提高,其中Li间隙掺杂体系吸收带边最小,吸收率峰值最大,掺杂后的4H-SiC体系对红外、可见光、紫外均能够有所吸收,说明Li掺杂能够有效拓宽4H-SiC对光的响应范围.

泡沫SiC基结构化催化剂的制备及其在多相催化中的应用进展

泡沫SiC陶瓷因具有高导热性、耐腐蚀、抗氧化及良好的力学性能,其作为结构化催化剂载体展现出了优异的传热传质效率。综述了泡沫SiC基结构化催化剂的制备方法及其在多相催化反应中的应用进展。介绍了泡沫SiC载体上不同的涂层制备技术和活性组分负载方法,重点讨论了泡沫SiC基结构化催化剂在气固催化反应、气液固三相催化反应、环境净化和生物质转化等领域的催化反应及其工程强化应用。

纳米SiC颗粒对Mg-9Al合金晶粒组织细化研究

纳米颗粒对镁合金的微观组织细化及力学性能的提升具有十分重要的意义。本文采用半固态搅拌与高能超声分散的方法成功制备出纳米SiC/Mg-9Al复合材料,利用OM、XRD、SEM、TEM等设备对复合材料进行微观组织表征。结果表明:纳米SiC颗粒能够显著的细化Mg-9Al合金微观组织。当纳米颗粒添加量为1.0vol.%时,复合材料晶粒组织细化最为明显,为(71.9±28)μm,相比于基体合金晶粒尺寸减小了约63%。研究表明,纳米颗粒在镁基体中分散机制主要为沿α-Mg的晶界分布及少量的晶内分布。同时,揭示了晶粒细化机制为位于晶界的纳米颗粒能够快速吸附在生长的α-Mg晶粒表面,有效地抑制了溶质元素的扩散,显著降低了枝晶生长速率,使得熔体的成分过冷度增大,降低了结晶潜热的释放,能够激活更多的异质形核位点,从而提高了镁合金的形核率,得到了显著细化的晶粒组织。

一种基于开尔文封装的SiC MOSFET器件键合线状态监测方法

随着SiC MOSFET器件的广泛应用,其可靠性问题备受关注。键合线失效是SiC MOSFET器件故障的主要原因,因此需要对其进行状态监测以保证器件的正常运行。文中提出一种基于开尔文封装的SiC MOSFET器件键合线状态监测方法。当键合线失效时,其等效阻抗会发生变化,故在开尔文源极和功率源极之间注入恒定的高频脉动电流,将阻抗的变化转换为开尔文源极和功率源极两端电压的变化,通过该电压对键合线健康状态进行监测。实验结果表明,所提方法监测参量的变化可以直观地反映失效键合线的数目。该方法通过外加高频脉动电流源实现对键合线的监测,只需测量对应电压,参数提取简单,特征参量与键合线失效关系明显,无需复杂的数据处理和计算;此外,还不受源极电流等功率回路参数和驱动回路的影响,电路结构精简可靠,具有在线监测的潜力。

C/SiC复合材料被动氧化模型及其减阻机理

基于C/SiC复合材料的被动氧化模型,研究了氧化界面表面分形维数、高度比例系数与频率因子对氧化交界面形貌的影响。通过Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函数模拟氧化层与复合材料层的交界面形貌,并计算分析了不同参数对界面特征的影响。研究结果表明,所建立模型重构的氧化交界面的最大差量与实验测量结果相符;表面分形维数和高度比例系数主要影响特征高度,且其值越大,界面粗糙度越显著;此外,频率因子对重构界面的凸起数量及沿特征长度方向的生成频率亦具有显著影响。最后提出通过控制C/SiC复合材料中C组分的比例及其分布延迟高超声速边界层转捩。数值模拟结果表明,周期分布C组分比例为0.27~1的C/SiC复合材料形成的波纹状氧化层有效抑制了边界层第2模态的增长,达到降热减阻的效果。

SiC及其复合材料的发展与应用

碳化硅(Silicon Carbide,SiC)作为第三代半导体材料,因其出色的物理和化学性质在众多领域展现出巨大应用潜力。从结构(Structure)、性质(Properties)、应用(Applications)3个方面介绍了SiC材料,对SiC材料在半导体行业中的应用现状和发展前景进行了简要综述,为SiC材料的研究提供了新视角。

Interference Cancellation Based Neural Receiver for Superimposed Pilot in Multi-Layer Transmission

In this paper,an interference cancellation based neural receiver for superimposed pilot(SIP)in multi-layer transmission is proposed,where the data and pilot are non-orthogonally superimposed in the same time-frequency resource.Specifically,to deal with the intra-layer and inter-layer interference of SIP under multi-layer transmission,the interference cancellation with superimposed symbol aided channel estimation is leveraged in the neural receiver,accompanied by the pre-design of pilot code-division orthogonal mechanism at transmitter.In addition,to address the complexity issue for inter-vendor collaboration and the generalization problem in practical deployments,respectively,this paper also provides a fixed SIP(F-SIP)design based on constant pilot power ratio and scalable mechanisms for different modulation and coding schemes(MCSs)and transmission layers.Simulation results demonstrate the superiority of the proposed schemes on the performance of block error rate and throughput compared with existing counterparts.