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栅极电阻对GaN MOSFET瞬态特性的影响研究
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作者 蒋丽华 罗霞 +2 位作者 廖勇 罗海军 龙兴明 《微电子学》 CAS 北大核心 2020年第5期726-731,共6页
为了研究栅极电阻对GaN MOSFET的开关速率和输出特性中出现振荡的影响,首先利用MOSFET的基本公式对其导通和关断时的输出瞬态电流进行了理论推导,然后通过实验平台测试GaN MOSFET的瞬态电流值,且与理论值对比,验证栅极电阻带来的影响。... 为了研究栅极电阻对GaN MOSFET的开关速率和输出特性中出现振荡的影响,首先利用MOSFET的基本公式对其导通和关断时的输出瞬态电流进行了理论推导,然后通过实验平台测试GaN MOSFET的瞬态电流值,且与理论值对比,验证栅极电阻带来的影响。实验结果表明,GaN MOSFET的瞬态电流值实验值与理论值基本吻合,在导通和关断时,GaN MOSFET的输出瞬态电流和输出电流的高频震荡均随栅极电阻的增加而减小。栅极电阻从10Ω变化到100Ω时,导通时开关速率上升率占总开关速率上升率的84.7%,关断时开关速率下降率占总开关速率下降率的54.06%。在栅极电阻为10~100Ω范围内,GaN MOSFET具有较快的开关速度。 展开更多
关键词 gan mosfet 栅极电阻 瞬态电流
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GaN MOSFET高效谐振驱动电路设计及损耗分析 被引量:2
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作者 高圣伟 苏佳 +1 位作者 刘晓明 李龙女 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2018年第5期64-69,共6页
为了解决GaN MOSFET门极驱动的高损耗问题,对比分析了传统驱动和谐振门极驱动电路,提出一种新型谐振门极驱动电路,通过建立数学模型、LTspice仿真分析以及实验验证所提出门极驱动电路的正确性.其基本原理为利用谐振原理在开关管关断过... 为了解决GaN MOSFET门极驱动的高损耗问题,对比分析了传统驱动和谐振门极驱动电路,提出一种新型谐振门极驱动电路,通过建立数学模型、LTspice仿真分析以及实验验证所提出门极驱动电路的正确性.其基本原理为利用谐振原理在开关管关断过程中通过L将存储在C中的能量反馈到电源中,使能量得到有效利用,从而减小功率损耗.结果表明:GaN MOSFET开通和关断的时间分别为12 ns和16 ns,能够实现开关管的快速开断;新型谐振驱动电路的门极损耗比传统GaN MOSFET驱动电路的损耗减小了55.56%,比普通谐振驱动电路的门极损耗减小了35.66%. 展开更多
关键词 ganmosfet 高频 门极驱动 谐振 驱动电路 门极损耗
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Investigation on threshold voltage of p-channel GaN MOSFETs based on p-GaN/AlGaN/GaN heterostructure 被引量:1
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作者 李若晗 费武雄 +8 位作者 唐锐 吴照玺 段超 张涛 朱丹 张苇杭 赵胜雷 张进成 郝跃 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第8期480-484,共5页
The threshold voltage(V_(th))of the p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistors(MOSFETs)is investigated via Silvaco-Atlas simulations.The main factors which influence the threshold voltage of p-channe... The threshold voltage(V_(th))of the p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect transistors(MOSFETs)is investigated via Silvaco-Atlas simulations.The main factors which influence the threshold voltage of p-channel GaN MOSFETs are barrier heightΦ_(1,p),polarization charge density σ_(b),and equivalent unite capacitance C_(oc).It is found that the thinner thickness of p-GaN layer and oxide layer will acquire the more negative threshold voltage V_(th),and threshold voltage|V_(th)|increases with the reduction in p-GaN doping concentration and the work-function of gate metal.Meanwhile,the increase in gate dielectric relative permittivity may cause the increase in threshold voltage|V_(th)|.Additionally,the parameter influencing output current most is the p-GaN doping concentration,and the maximum current density is 9.5 mA/mm with p-type doping concentration of 9.5×10^(16) cm^(-3) at VGS=-12 V and VDS=-10 V. 展开更多
关键词 p-channel gan mosfets enhancement mode(E-mode) threshold voltage
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增强型GaN MOSFET与Si MOSFET在单相全桥逆变器中的性能比较 被引量:3
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作者 邓孝祥 李鹏 +1 位作者 戴超凡 杨荣浩 《大功率变流技术》 2017年第6期48-51,共4页
为分析宽禁带半导体器件GaN MOSFET与Si MOSFET栅极驱动损耗、开关损耗的成因及关联参数,利用单相全桥逆变拓扑结构搭建功率开关器件应用测试平台,对GaN MOSFET和Si MOSFET在不同开关频率及器件工作温度下的效率进行测试比较。实验结果... 为分析宽禁带半导体器件GaN MOSFET与Si MOSFET栅极驱动损耗、开关损耗的成因及关联参数,利用单相全桥逆变拓扑结构搭建功率开关器件应用测试平台,对GaN MOSFET和Si MOSFET在不同开关频率及器件工作温度下的效率进行测试比较。实验结果显示,开关频率为50 k Hz和120 k Hz时,基于增强型Ga N MOSFET的逆变器比基于Si MOSFET的效率分别高1.47%和1.6%;40℃,50℃,60℃,70℃温度对比实验时,基于增强型GaN MOSFET的逆变器效率比基于Si MOSFET的分别高1.8%,1.9%,2.0%和2.1%,表明开关频率递增或工作温度越高的工况下,增强型GaN MOSFET高效性能越明显。 展开更多
关键词 单相全桥逆变器 宽禁带 增强型gan mosfet 开关损耗 栅极驱动损耗
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Physical analysis of normally-off ALD Al_(2)O_(3)/GaN MOSFET with different substrates using self-terminating thermal oxidation-assisted wet etching technique
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作者 黄成玉 王金延 +8 位作者 张斌 付振 刘芳 王茂俊 李梦军 王鑫 汪晨 何佳音 何燕冬 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第9期511-518,共8页
Based on the self-terminating thermal oxidation-assisted wet etching technique,two kinds of enhancement mode Al_(2)O_(3)/GaN MOSFETs(metal-oxide-semiconductor field-effect transistors)separately with sapphire substrat... Based on the self-terminating thermal oxidation-assisted wet etching technique,two kinds of enhancement mode Al_(2)O_(3)/GaN MOSFETs(metal-oxide-semiconductor field-effect transistors)separately with sapphire substrate and Si sub-strate are prepared.It is found that the performance of sapphire substrate device is better than that of silicon substrate.Comparing these two devices,the maximum drain current of sapphire substrate device(401 mA/mm)is 1.76 times that of silicon substrate device(228 mA/mm),and the field-effect mobility(μ_(FEmax))of sapphire substrate device(176 cm^(2)/V·s)is 1.83 times that of silicon substrate device(96 cm^(2)/V·s).The conductive resistance of silicon substrate device is 21.2Ω-mm,while that of sapphire substrate device is only 15.2Ω·mm,which is 61%that of silicon substrate device.The significant difference in performance between sapphire substrate and Si substrate is related to the differences in interface and border trap near Al_(2)O_(3)/GaN interface.Experimental studies show that(i)interface/border trap density in the sapphire substrate device is one order of magnitude lower than in the Si substrate device,(ii)Both the border traps in Al_(2)O_(3) dielectric near Al_(2)O_(3)/GaN and the interface traps in Al_(2)O_(3)/GaN interface have a significantly effect on device channel mobility,and(iii)the properties of gallium nitride materials on different substrates are different due to wet etching.The research results in this work provide a reference for further optimizing the performances of silicon substrate devices. 展开更多
关键词 atomic layer deposition Al_(2)O_(3)/gan mosfet NORMALLY-OFF interface/border traps thermal oxidation-assisted wet etching
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Physical insights into trapping effects on vertical GaN-on-Si trench MOSFETs from TCAD
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作者 NicolòZagni Manuel Fregolent +9 位作者 Andrea Del Fiol Davide Favero Francesco Bergamin Giovanni Verzellesi Carlo De Santi Gaudenzio Meneghesso Enrico Zanoni Christian Huber Matteo Meneghini Paolo Pavan 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2024年第3期45-52,共8页
Vertical GaN power MOSFET is a novel technology that offers great potential for power switching applications.Being still in an early development phase,vertical GaN devices are yet to be fully optimized and require car... Vertical GaN power MOSFET is a novel technology that offers great potential for power switching applications.Being still in an early development phase,vertical GaN devices are yet to be fully optimized and require careful studies to foster their development.In this work,we report on the physical insights into device performance improvements obtained during the development of vertical GaN-on-Si trench MOSFETs(TMOS’s)provided by TCAD simulations,enhancing the dependability of the adopted process optimization approaches.Specifically,two different TMOS devices are compared in terms of transfer-curve hysteresis(H)and subthreshold slope(SS),showing a≈75%H reduction along with a≈30%SS decrease.Simulations allow attributing the achieved improvements to a decrease in the border and interface traps,respectively.A sensitivity analysis is also carried out,allowing to quantify the additional trap density reduction required to minimize both figures of merit. 展开更多
关键词 vertical gan trench mosfet SiO_(2) interface traps border traps HYSTERESIS BTI
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新型再生长沟道GaN基准垂直MOSFET仿真研究
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作者 李萌迪 祝杰杰 +4 位作者 侯斌 张鹏 杨凌 贾富春 常青原 《空间电子技术》 2023年第5期36-44,共9页
电能在转化与运用过程中会不可避免地出现能量的损耗,而电力控制和电能转换过程中最核心部分即为电力电子器件。GaN基准垂直MOSFET器件具有高输入阻抗、开关速率快以及对表面态陷阱不太敏感等优点,从而成为目前研究的热点,但由于沟道载... 电能在转化与运用过程中会不可避免地出现能量的损耗,而电力控制和电能转换过程中最核心部分即为电力电子器件。GaN基准垂直MOSFET器件具有高输入阻抗、开关速率快以及对表面态陷阱不太敏感等优点,从而成为目前研究的热点,但由于沟道载流子的迁移率较低造成导通电阻与损耗较大。通过对再生长沟道GaN基准垂直MOSFET进行仿真,证明该结构可以有效解决沟道载流子的迁移率过低的问题。在再生长沟道GaN基准垂直MOSFET的基础上进行了结构改进,主要针对器件在源极区域与漂移区域的载流子分布进行了优化。其中,源极区域通过对源电极金属帽子下方Al_(2)O_(3)进行刻蚀,使得器件源极区域的电流导通路径得到了有效的缩短;而漂移区域通过在栅极下方插入一层载流子分布层,使得漂移区内载流子分布更加均匀。最终设计出了阈值电压为2.3V的新型再生长沟道GaN基准垂直MOSFET,器件的导通电阻低至1.8mΩ·cm^(2),击穿电压高达1053V。 展开更多
关键词 gan 电力电子器件 gan基准垂直mosfet 再生长沟道
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GaN n-MOSFET反型沟道电子迁移率模型
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作者 邹晓 徐静平 +1 位作者 陈卫兵 吴海平 《微电子学》 CAS CSCD 北大核心 2005年第5期465-469,共5页
在器件物理的基础上,提出了一种半经验的GaN n-MOSFET反型沟道电子迁移率模型。该模型考虑了位错、界面态、光学声子、离化杂质、表面粗糙、声学声子,以及高场对迁移率的影响。模拟结果表明,界面态和位错是影响沟道迁移率的主要因素,尤... 在器件物理的基础上,提出了一种半经验的GaN n-MOSFET反型沟道电子迁移率模型。该模型考虑了位错、界面态、光学声子、离化杂质、表面粗糙、声学声子,以及高场对迁移率的影响。模拟结果表明,界面态和位错是影响沟道迁移率的主要因素,尤其是界面态,它决定了迁移率的最大值,而位错密度的增加使迁移率减小。此外,表面粗糙散射和高场散射主要影响高场下载流子迁移率。由此可见,GaN n-MOSFET沟道迁移率的提高依赖于晶体质量和界面质量的提高。 展开更多
关键词 gan mosfet 电子迁移率 散射机制 模型
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选择区域外延槽栅结构GaN常关型MOSFET的研究 被引量:2
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作者 杨帆 何亮 +2 位作者 郑越 沈震 刘扬 《电源学报》 CSCD 2016年第4期14-20,共7页
高性能GaN常关型功率开关器件的实现是目前研究的热点。槽栅结构GaN常关型MOSFET以其栅压摆幅冗余度大、栅极漏电流小等优势受到广泛关注。制备槽栅结构GaN常关型MOSFET需要的刻蚀方法会在栅极沟道引入缺陷,影响器件的稳定性。首先,提... 高性能GaN常关型功率开关器件的实现是目前研究的热点。槽栅结构GaN常关型MOSFET以其栅压摆幅冗余度大、栅极漏电流小等优势受到广泛关注。制备槽栅结构GaN常关型MOSFET需要的刻蚀方法会在栅极沟道引入缺陷,影响器件的稳定性。首先,提出选择区域外延方法制备槽栅结构GaN常关型MOSFET,期望避免刻蚀对栅极沟道的损伤;再通过改进选择区域外延工艺(包括二次生长界面和异质结构界面的分离及抑制背景施主杂质),使得二次生长的异质结构质量达到标准异质结构水平。研究结果表明,选择区域外延方法能够有效保护栅极导通界面,使器件具备优越的阈值电压稳定性;同时也证明了选择区域外延方法制备槽栅结构GaN常关型MOSFET的可行性与优越性。 展开更多
关键词 Algan/gan异质结构 常关型 mosfet 选择区域外延 阈值电压稳定性
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GaN基MOSFET低温特性的实验表征及分析
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作者 肖一平 王雅宁 +7 位作者 刘超铭 张延清 齐春华 王天琦 马国亮 霍明学 陆裕东 岳龙 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期2231-2236,共6页
深空探测活动需要电子元器件在极端低温环境(T<40 K)中能正常使用。基于低温环境下的应用需求,本文研究了GaN基MOSFET在15~300 K温区的低温环境效应。实验结果显示,随着温度逐渐从300 K降低到15 K,饱和漏极电流和阈值电压均增大。低... 深空探测活动需要电子元器件在极端低温环境(T<40 K)中能正常使用。基于低温环境下的应用需求,本文研究了GaN基MOSFET在15~300 K温区的低温环境效应。实验结果显示,随着温度逐渐从300 K降低到15 K,饱和漏极电流和阈值电压均增大。低温下,转移特性和输出特性均变好。分析发现,较高的电子迁移率是GaN基MOSFET低温下电特性变化的主要原因。 展开更多
关键词 gan mosfet 低温 特性
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SiC MOSFET和GaN HEMT的导通电阻可靠性评估 被引量:1
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作者 蒋多晖 周伟成 +1 位作者 张斌 郭清 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期936-940,963,共6页
碳化硅金属氧化物半导体场效应管(Si C MOSFET)和氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)这两种器件内部存在容易捕获电子的"陷阱",会影响导电沟道的性能,进而影响器件的导通电阻。对SiC MOSFET和GaN HEMT各选取了一款典型的商... 碳化硅金属氧化物半导体场效应管(Si C MOSFET)和氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)这两种器件内部存在容易捕获电子的"陷阱",会影响导电沟道的性能,进而影响器件的导通电阻。对SiC MOSFET和GaN HEMT各选取了一款典型的商用器件,分别对Si C MOSFET和GaN HEMT的导通电阻可靠性进行了测试。测试结果表明,Si C MOSFET的导通电阻变化量相对小,且应力停止后导通电阻可以恢复到初始状态,这说明其界面态陷阱密度比GaN HEMT更低,因此实际应用中无需考虑导通电阻的稳定性;而GaN HEMT的动态电阻变化较大,这极大地增加了导通损耗,影响系统的可靠性,因此在实际应用中需要考虑导通电阻变化对导通性能的影响。 展开更多
关键词 碳化硅金属氧化物半导体场效应管(Sicmosfet) 氮化镓高电子迁移率晶体管(ganHEMT) 高温 稳定性 可靠性
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具有栅介质电场屏蔽作用的新型GaN纵向槽栅MOSFET器件设计
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作者 黎城朗 吴千树 +4 位作者 周毓昊 张津玮 刘振兴 张琦 刘扬 《半导体光电》 CAS 北大核心 2022年第3期466-471,共6页
基于氮化镓(GaN)等宽禁带(WBG)半导体的金氧半场效应晶体管(MOSFET)器件在关态耐压下,栅介质中存在与宽禁带半导体临界击穿电场相当的大电场,致使栅介质在长期可靠性方面受到挑战。为了避免在GaN器件中使用尚不成熟的p型离子注入技术,... 基于氮化镓(GaN)等宽禁带(WBG)半导体的金氧半场效应晶体管(MOSFET)器件在关态耐压下,栅介质中存在与宽禁带半导体临界击穿电场相当的大电场,致使栅介质在长期可靠性方面受到挑战。为了避免在GaN器件中使用尚不成熟的p型离子注入技术,提出了一种基于选择区域外延技术制备的新型GaN纵向槽栅MOSFET,可通过降低关态栅介质电场来提高栅介质可靠性。提出了关态下的耗尽区结电容空间电荷竞争模型,定性解释了栅介质电场p型屏蔽结构的结构参数对栅介质电场的影响规律及机理,并通过权衡器件性能与可靠性的关系,得到击穿电压为1200 V、栅介质电场仅0.8 MV/cm的具有栅介质长期可靠性的新型GaN纵向槽栅MOSFET。 展开更多
关键词 氮化镓 栅介质可靠性 功率mosfet 纵向槽栅结构 电场屏蔽
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第三代半导体GaN功率开关器件的发展现状及面临的挑战 被引量:27
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作者 何亮 刘扬 《电源学报》 CSCD 2016年第4期1-13,共13页
氮化镓(GaN)材料具有优异的物理特性,非常适合于制作高温、高速和大功率电子器件,具有十分广阔的市场前景。Si衬底上GaN基功率开关器件是目前的主流技术路线,其中结型栅结构(p型栅)和共源共栅级联结构(Cascode)的常关型器件已经逐步实... 氮化镓(GaN)材料具有优异的物理特性,非常适合于制作高温、高速和大功率电子器件,具有十分广阔的市场前景。Si衬底上GaN基功率开关器件是目前的主流技术路线,其中结型栅结构(p型栅)和共源共栅级联结构(Cascode)的常关型器件已经逐步实现产业化,并在通用电源及光伏逆变等领域得到应用。但是鉴于以上两种器件结构存在的缺点,业界更加期待能更充分发挥GaN性能的"真"常关MOSFET器件。而GaN MOSFET器件的全面实用化,仍然面临着在材料外延方面和器件稳定性方面的挑战。 展开更多
关键词 氮化镓 Si衬底上gan功率电子器件 gan mosfet器件 产业化
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S波段GaN大功率放大器的设计与实现 被引量:9
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作者 杨斐 周永伟 +1 位作者 马云柱 王海涛 《火控雷达技术》 2011年第3期86-90,共5页
本文介绍了基于新型GaN宽禁带半导体材料的大功率器件的特点和优势,采用微波仿真软件ADS对一款S波段的GaN MOSFET进行优化仿真设计,得到了良好的仿真结果,并给出了该功放的实物和测试数据。测试结果表明,该功放适用于2.1~2.7GHz,功率... 本文介绍了基于新型GaN宽禁带半导体材料的大功率器件的特点和优势,采用微波仿真软件ADS对一款S波段的GaN MOSFET进行优化仿真设计,得到了良好的仿真结果,并给出了该功放的实物和测试数据。测试结果表明,该功放适用于2.1~2.7GHz,功率量级为100W,连续波和脉冲制式均可工作,对GaN MOSFET功率器件高增益、高效率、宽带宽的优异性能得以验证和实现。 展开更多
关键词 S波段 gan mosfet 宽禁带
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一种新型双材料双栅的MOSFET器件的性能研究 被引量:1
15
作者 曾庆王 许会芳 《安徽理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2021年第6期61-66,共6页
为了给新型场效应晶体管的工艺制造和设计提供新的设计思路和依据,文章以金属-氧化物-半导体场效晶体管(MOSFET)为研究对象,提出了一种新型双材料双栅MOSFET器件的设计方案。该器件采用具有宽禁带、高饱和电子速度、高热导性、高温工作... 为了给新型场效应晶体管的工艺制造和设计提供新的设计思路和依据,文章以金属-氧化物-半导体场效晶体管(MOSFET)为研究对象,提出了一种新型双材料双栅MOSFET器件的设计方案。该器件采用具有宽禁带、高饱和电子速度、高热导性、高温工作等性能优势而在微电子领域和光电子领域广泛应用的新型半导体材料GaN。同时,通过仿真模拟对器件的转移特性、输出特性,跨导特性、电容特性以及器件的电学特性与温度的关系进行了分析。结果表明,器件性能随着温度升高而退化的主要原因是迁移率和载流子饱和速率随温度的变化,且器件具有较好的亚阈值摆幅和开关电流比,适合于未来低功耗应用领域。 展开更多
关键词 双材料双栅 gan mosfet 特性分析
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0.8-2GHz超宽带大功率放大器设计与研究 被引量:4
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作者 倪涛 郑智潜 《火控雷达技术》 2013年第1期57-60,73,共5页
采用宽禁带半导体功率管进行超宽带大功率放大器设计。在仿真优化的基础上,进行了设计投产。经过调试,最终测试结果表明,在工作频率范围0.8-2GHz范围内,恒定输入功率41dBm的条件下,饱和输出功率大于100W,增益起伏±0.4dB,饱和漏极... 采用宽禁带半导体功率管进行超宽带大功率放大器设计。在仿真优化的基础上,进行了设计投产。经过调试,最终测试结果表明,在工作频率范围0.8-2GHz范围内,恒定输入功率41dBm的条件下,饱和输出功率大于100W,增益起伏±0.4dB,饱和漏极效率大于60%。文中最后对调试之后的匹配电路进行了后仿真,验证了匹配电路的有效性,并为小型化处理做了准备。 展开更多
关键词 超宽带 gan mosfet 功率放大器
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SiC MOSFET与GaN HEMT低温特性测试及对比分析
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作者 田晨雨 郭文勇 +2 位作者 赵闯 桑文举 于苏杭 《低温与超导》 CAS 北大核心 2022年第7期39-43,76,共6页
以SiC MOSFET和GaN HEMT为代表的宽禁带电力电子器件代表电力电子期间未来的发展方向,有望在航天和超导储能等低温领域得到应用。为了对两种器件的低温特性有个全面的认识,对SiC MOSFET和GaN HEMT器件的低温特性进行了对比测试和分析。... 以SiC MOSFET和GaN HEMT为代表的宽禁带电力电子器件代表电力电子期间未来的发展方向,有望在航天和超导储能等低温领域得到应用。为了对两种器件的低温特性有个全面的认识,对SiC MOSFET和GaN HEMT器件的低温特性进行了对比测试和分析。实验结果显示,温度从300 K降至77 K,MOSFET阈值电压增大至2.77倍,而HEMT降低了42.45%;MOSFET的漏源击穿电压降低了32.99%,HEMT升高了20.12%;MOSFET的导通电阻增大至11.42倍,而HEMT降低了47.34%。基于器件的物理模型,对两种器件低温特性进行分析,分析结果表明,导致两种器件性能不同的原因主要是SiC MOSFET较差的界面品质和HEMT独特的二维电子气结构。 展开更多
关键词 SiC mosfet gan HEMT 低温特性 对比分析 物理机理
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