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.

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。

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。

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。

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。

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。

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。

异质栅介质双栅隧穿场效应晶体管TCAD仿真研究

采用异质栅介质结构,加入高k介质Pocket区,对双栅隧穿场效应晶体管进行了改进。通过搭建不同模型,分析了栅介质的长度、介电常数以及Pocket区厚度等参数对器件开态电流Ion、双极性特性、亚阈值摆幅等的影响。TACD仿真结果表明,Ion随介电常数的增大可提升至5.17×10-5A/μm,且双极性电流也有极大的增幅,亚阈值摆幅因开态电流的改善降低至28.3 mV/dec,而异质栅介质的不同长度对器件性能并无明显影响;在双极性上,Pocket区厚度的增加使得栅漏隧穿宽度增大,双极性电流减小至1.0×10-17A/μm,抑制了双极性导通,同时对器件其他特性未产生明显影响。

碳化硅化学机械抛光中材料去除非均匀性研究进展

化学机械抛光已经成为半导体制造中关键的工艺步骤之一,该技术是目前实现碳化硅晶片超精密加工的一种常用且有效的方法,可用于加工晶片表面,以获得高材料去除率、高表面质量和高表面平整性的晶片。然而,在碳化硅晶片化学机械抛光中,晶片表面材料去除非均匀性一直是一个具有挑战性的问题,减小晶片表面材料去除非均匀性对确保半导体器件的高性能和稳定性至关重要。本文介绍了碳化硅材料的性质及应用与化学机械抛光工艺,研究了不同碳化硅化学机械抛光技术的材料去除机理、不同化学机械抛光技术的发展状况和性能及优缺点,综述了碳化硅晶片化学机械抛光中材料去除非均匀性影响因素,如:抛光压力、抛光液(磨粒)和转速等因素,最后对未来碳化硅化学机械抛光中材料去除非均匀性研究做出了展望。

碳化硅MOSFET驱动电路的研究与设计

随着碳化硅功率器件技术的不断发展,碳化硅功率器件发展优势明显,将逐步成为未来主流功率半导体器件。多家公司推出了多款碳化硅MOSFET,但是对于高压应用的碳化硅MOSFET驱动产品还处于半空白状态。文章针对A公司FF11MR12W1M1B11型碳化硅模块的驱动进行了研究与设计,在满足碳化硅驱动电流的基础上,增加了有源钳位保护、退饱和保护、故障信号反馈功能。有源钳位保护电路中具有动态有源钳位设计,在MOSFET关断时,降低嵌位电压来快速保护MOSFET,静态时抬高嵌位电压防止误动作。退饱和保护电路检测到故障后可迅速关闭驱动,并将故障信号进行反馈。通过双脉冲测试,验证了文中设计的驱动板功能,对FF11MR12W1M1B11型碳化硅模块在后续项目中的应用具有重要意义。

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。

重掺杂P型SiC的熔融KOH刻蚀行为研究

本文采用熔融KOH刻蚀方法详细研究了液相法生长的重掺杂P型6H-SiC晶体中的位错情况,探究了时间、温度变化对液相法生长的重掺杂P型6H-SiC晶片表面刻蚀的影响。当提高腐蚀时间或腐蚀温度时,晶片表面的腐蚀坑尺寸均表现出不同程度的增加,过高的温度及长时间刻蚀均导致过腐蚀现象的发生。根据不同腐蚀条件下腐蚀坑的形貌与分布,确定出刻蚀重掺杂P型6H-SiC晶片的最佳工艺参数。利用晶片在不同温度下的腐蚀速率变化关系及阿伦尼乌斯公式计算出晶体的反应活化能为10.59 kcal/mol。最后,对穿透型螺位错(TSD)和穿透型刃位错(TED)的形貌、尺寸和内部结构进行了详细的表征和分析,结果表明P型6H-SiC晶体中腐蚀坑的倾角与腐蚀时间无关。

砷化镓一维光子晶体加速度计理论性能研究

该系统与以往的光学传感器不同,系统中将一种新的材料—砷化镓—应用于光学微机电系统(MEMS)传感器。基于GaAs的特性和波长调制分析的特点,设计了一个适用于高频率领域的光学MEMS传感器。此外,还使用了ANSYS的有限元分析(FEA)方法和严谨的耦合波分析(RCWA)方法。与其他高频传感器的比较表明,所提出的传感器在测量范围广、灵敏度高、交轴轴灵敏度几乎为零等特性方面显示出优势。所提出的光学传感器的光学灵敏度为2.99276,机械灵敏度为0.54nm/g。第一共振频率为23658.6Hz,线性测量范围为±135g,传感系统的灵敏度为161.61nm/g,工作带宽为0~23.6kHz。

Pt掺杂MoSe_(2)吸附CF_(3)I分解组分的第一性原理研究

CF_(3)I作为SF_(6)最具潜力的新型环保绝缘气体,在电气设备出现局部放电、过热等缺陷故障时,会产生C_(2)F_(6)和C_(2)F_(4)等强温室气体,为确保电力设备稳定运行,有必要对CF_(3)I典型分解组分吸附去除.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过吸附能、吸附距离、电荷转移和态密度等吸附指标,分别探究了不同数量Pt掺杂MoSe_(2)对C_(2)F_(6)和C_(2)F_(4)气体分子的吸附性能.研究结果表明:不同数量Pt掺杂在MoSe_(2)表面均存在稳定的掺杂结构,且相较本征MoSe_(2),Pt掺杂后的MoSe_(2)导电性均得到了有效增强;Pt掺杂MoSe_(2)对CF_(3)I分解组分的吸附效果:Pt_(2)-MoSe_(2)>Pt-MoSe_(2)>Pt_(3)-MoSe_(2)>Pt_(4)-MoSe_(2),且Pt_(2)-MoSe_(2)对C_(2)F_(4)表现出强烈的化学吸附作用,而对C_(2)F_(6)为弱物理吸附;Pt_(2)-MoSe_(2)对CF_(3)I分解组分具有选择吸附性,有望用作CF_(3)I典型分解组分C_(2)F_(4)的吸附去除材料.

单晶GaN纳米力学性能与切削特性试验研究

【目的】研究单晶GaN微纳米量级下的力学性能与切削特性,为微纳制造提供理论基础和数据支撑,也为半导体硬脆材料的超精密加工提供技术依据。【方法】通过纳米压入和变载、恒载纳米刻划试验,研究单晶GaN的纳米力学性能,分析其在变载纳米刻划过程中的材料去除机制,探讨恒载刻划参数对材料表面切削特性的影响。【结果】单晶GaN的硬度和弹性模量的均值分别为6.06、92.90 GPa,弹性回复率和弹性能回复率均随压入载荷的增加而降低;材料弹塑性转变与脆塑性转变的临界载荷分别约为390、1 200 mN;切削力与摩擦系数均随刻划速度、法向载荷的增加而增大。【结论】在390~1 200 mN法向载荷加载范围内,单晶GaN能够被塑性域去除,减少刻划过程中的脆性断裂损伤,提高加工表面的质量。