一种源漏缓冲浮栅型低漏电场效应晶体管

为解决当前主流晶体管MOSFET的反向泄漏电流较大的问题,并对传统FINFET做进一步优化,提出一种源漏缓冲浮栅型的具有较低漏电的场效应晶体管。所设计出的双向开关装置具有低静态功耗和低反向泄漏电流,只需一个独立外部供电的栅电极就可控制器件的导通、关断和浮栅擦写功能。通过改变器件中浮栅注入的电荷类型以及半导体中的掺杂浓度,即可使器件工作在不同的模式下,还可使整个器件拥有更低的反向漏电流和更高的正向导通电流。整体结构相互对称,源漏可以互换,因此具有更好的兼容性。

基于湿法腐蚀凹槽阳极的低漏电高耐压AlGaN/GaN肖特基二极管

得益于铝镓氮/氮化镓异质结材料较大的禁带宽度、较高的击穿场强以及异质界面存在的高面密度及高迁移率的二维电子气,基于该异质结材料的器件在高压大功率及微波射频方面具有良好的应用前景,尤其是随着大尺寸硅基氮化镓材料外延技术的逐渐成熟,低成本的氮化镓器件在消费电子方面也展现出极大的优势.为了提高铝镓氮/氮化镓肖特基二极管的整流效率,通常要求器件具有较小的开启电压、较低的反向漏电和较高的击穿电压,采用低功函数金属阳极结构能有效降低器件开启电压,但较低的阳极势垒高度使器件易受界面缺陷的影响,导致器件反向漏电增大.本文采用一种新型的基于热氧氧化及氢氧化钾腐蚀的低损伤阳极凹槽制备技术,解决了常规干法刻蚀引入的表面等离子体损伤难题,使凹槽表面粗糙度由0.57 nm降低至0.23 nm,器件阳极反向偏置为-1 kV时的漏电流密度由1.5×10^(-6) A/mm降低至2.6×10^(-7) A/mm,另外,由于热KOH溶液对热氧氧化后的AlGaN势垒层及GaN沟道层具有良好的腐蚀选择比,因此避免了干法刻蚀腔体中由于等离子体分布不均匀导致的边缘刻蚀尖峰问题,使器件反向耐压由-1.28 kV提升至-1.73 kV,器件性能得到极大提升.

低漏电高增益InGaAs/InP SAGM雪崩光电二极管

根据器件结构的优化设计,严格控制生长参数以及理想的器件制备工艺获得了低漏电高增益InGaAs/InP SAGM雪崩光电二极管。测量了百余支器件,0.9V_b下漏电流I_d<20nA;响应度～(0.7—0.8)mA/mW,最大倍增30—85(入射光波长1.3μm,功率1.6μW),参与倍增的暗电流l_(dm)最小可达0.25nA。

低漏电、高击穿电容的HDPCVD工艺研究

介绍了一种低漏电、高击穿电容的HDPCVD(ICPCVD)工艺,并对制备的电容进行了电性能分析和失效分析。通过优化确定了工艺的最佳反应条件,研制出的电容其击穿场强达到8.7MV/cm,在电压加到200V时其电容漏电小于0.5μA。通过与传统的PECVD工艺进行对比,充分体现了HDPCVD(ICPCVD)工艺生长介质的低温生长、低漏电、较高击穿场强、无H工艺等优点。随后的失效分析表明,电容上下电极金属对电容成品率有着很大影响。

一种新型低漏电流非隔离光伏逆变器

为了减小无变压器型光伏逆变器的漏电流,采用了一种新型的光伏并网逆变器拓扑。这种新型的拓扑采用双BUCK电路并联结构,而且具有低漏电流和低进网直流电压的优势。对该种逆变器的工作状态及其损耗进行了分析,并进行了Matlab仿真。仿真结果验证了上述非隔离光伏逆变器的低漏电流的特性。

低漏电常闭型光电隔离开关设计

研制了一种新型的低漏电常闭型光电隔离开关。介绍了该光电隔离开关的工作原理、参数设计。通过特别的结构设计实现了对微小漏电流的控制,并对其进行了工艺改进,提高了器件可靠性。器件测试结果显示,参数指标达到设计值,从而验证了设计的有效性。

一种新型低漏电ESD电源箝位电路

在到达纳米级工艺后,传统的静电放电防护(ESD)电源箝位电路的漏电对集成电路芯片的影响越来越严重。为降低漏电,设计了一种新型低漏电ESD电源箝位电路,该箝位电路通过2个最小尺寸的MOS管形成反馈来降低MOS电容两端的电压差。采用中芯国际40nm CMOS工艺模型进行仿真,结果表明,在相同的条件下,该箝位电路的泄漏电流仅为32.59nA,比传统箝位电路降低了2个数量级。在ESD脉冲下,该新型ESD箝位电路等效于传统电路,ESD器件有效开启。

铝电解电容器的低漏电研究与控制

介绍了铝电解电容器漏电流产生的根源,分析了影响漏电流的因素,通过研制工作电解液、选用高 品 质材 料、 改 进制 造工 艺 来控 制铝 电 解电 容 器的 低漏 电 。

一种低漏电电源钳位电路的设计与研究

本文分析了导致Mos电容栅氧化层漏电的原因,并提出了一种新型低漏电电源钳位电路,克服了传统晶体管构建Mos电容所带来的较大漏电情况。采用中芯国际65nm(1.0V)的工艺进行仿真实验的验证,Hspice仿真结果表明,所提出的新型电路在正常上电条件下,MOS电容的泄漏电流仅为9.98n A,而传统MOS电容漏电达3.61μA。

低反向漏电自支撑衬底AlGaN/GaN肖特基二极管

氮化镓材料具有大的禁带宽度(3.4 eV)、高的击穿场强(3.3 MV/cm),在高温、高压等方面有良好的应用前景.尤其是对于铝镓氮/氮化镓异质结构材料而言,由极化效应产生的高面密度和高迁移率二维电子气在降低器件导通电阻、提高器件工作效率方面具有极大的优势.由于缺乏高质量、大尺寸的氮化镓单晶衬底,常规氮化镓材料均是在蓝宝石、硅和碳化硅等异质衬底上外延而成.较大的晶格失配和热失配导致异质外延过程中产生密度高达10^(7)—10^(10) cm^(–2)的穿透位错,使器件性能难以进一步提升.本文采用基于自支撑氮化镓衬底的铝镓氮/氮化镓异质结构材料制备凹槽阳极结构肖特基势垒二极管,通过对欧姆接触区域铝镓氮势垒层刻蚀深度的精确控制,依托单步自对准凹槽欧姆接触技术解决了低位错密度自支撑氮化镓材料的低阻欧姆接触技术难题,实现了接触电阻仅为0.37Ω·mm的低阻欧姆接触;通过采用慢速低损伤刻蚀技术制备阳极凹槽区域,使器件阳极金属与氮化镓导电沟道直接接触,实现了高达3×107开关比的高性能器件,且器件开启电压仅为0.67 V,425 K高温下,器件反向漏电仅为1.6×10^(–7) A/mm.实验结果表明,基于自支撑氮化镓衬底的凹槽阳极结构铝镓氮/氮化镓肖特基势垒二极管可以有效抑制器件反向漏电,极大地提升器件电学性能.

集成式等效低压二极管

采用集成器件结构和先进工艺研制了一款等效低压二极管。该等效低压二极管的等效电路实质是一个普通npn三极管和一个普通二极管并联。这种结构的器件的正向特性是普通二极管的正向压降;反向特性是普通npn三极管的发射极E和集电极C之间的特性。选择特有的版图设计和工艺流程,可以将普通npn三极管的发射极E和集电极C之间的电压VECO(实际也是等效低压二极管的反向击穿电压)调整到5.1 V以下,该等效低压二极管的反向漏电可达到纳安级,反向动态电阻可达到10Ω以内。利用此特性,该等效低压二极管适合于高频千兆网口接口的保护,可以避免传输信号丢失。

AlGaN/GaN肖特基二极管阳极后退火界面态修复技术

AlGaN/GaN异质结构材料在较强自发极化和压电极化的作用下,会产生高面密度和高迁移率的二维电子气,保障了基于该异质结构的GaN肖特基二极管器件具有高输出电流密度和低导通电阻特性.阳极作为GaN肖特基二极管的核心结构,对器件的开启电压、反向漏电、导通电阻、击穿电压等核心参数具有重要影响.因此,制备低界面态密度肖特基结是实现高性能GaN肖特基二极管的前提.本文基于低功函数金属钨阳极AlGaN/GaN肖特基二极管结构,通过采用阳极后退火技术促进阳极金属与下方GaN材料反应成键,有效抑制了阳极金-半界面的界面态密度,经阳极后退火处理后,器件阳极界面态密度由9.48×10^(15)eV^(-1)·cm^(-2)降低至1.77×10^(13)eV^(-1)·cm^(-2).得益于良好的阳极低界面态特性,反向偏置下,阳极隧穿路径被大幅度抑制,器件反向漏电降低了2个数量级.另外,器件正向导通过程中,载流子受界面陷阱态影响的输运机制也被抑制,器件微分导通电阻从17.05Ω·mm降低至12.57Ω·mm.实验结果表明,阳极后退火技术可以有效抑制阳极金-半界面态密度,大幅度提高GaN肖特基二极管的器件特性,是制备高性能GaN肖特基二极管器件的核心关键技术.

1200V大容量SiC MOSFET器件研制

采用平面栅MOSFET器件结构,结合优化终端场限环设计、栅极bus-bar设计、JFET注入设计以及栅氧工艺技术,基于自主碳化硅工艺加工平台,研制了1200V大容量SiC MOSFET器件.测试结果表明,器件栅极击穿电压大于55V,并且实现了较低的栅氧界面态密度.室温下,器件阈值电压为2.7V,单芯片电流输出能力达到50A,器件最大击穿电压达到1600V.在175℃下,器件阈值电压漂移量小于0.8V;栅极偏置20V下,泄漏电流小于45nA.研制器件显示出优良的电学特性,具备高温大电流SiC芯片领域的应用潜力.

快速软恢复SiGe功率开关二极管的结构设计与特性分析

为了进一步提高SiGe/Si异质结功率开关二极管的性能,提出了一种SiGe功率开关二极管的新结构,用交替的p+、n+区形成的mosaic结构来代替原常规的n+区,关断时可同时为电子和空穴的抽取提供通道使阴极具有理想欧姆接触.该结构可大大提高开关速度,并获得很软的反向恢复特性及很低的漏电流.与常规p+(SiGe)-n--n+功率开关二极管相比,反向恢复时间缩短了近2/3,反向峰值电流降低了约1/2,漏电流降低了约1个数量级.另外,嵌镶结构中p+区的厚度对器件性能有很大影响,调整p+区的厚度可实现器件的反向耐压能力和反向恢复特性之间很好的折衷.这种性能的改进无需采用少子寿命控制技术因而很容易集成于功率IC中.

一种用于继电保护的电源钳位静电放电电路

与消费类电子产品相比,用于继电保护的集成电路(IC)面临着更为严苛的静电放电(ESD)环境,需要高可靠性的电源钳位ESD电路,但这会给芯片带来较大的泄漏功耗。针对继电保护电路的ESD需求,提出了一种低漏电型电源钳位ESD电路,减小了ESD触发模块的电容,有效防止了继电保护下快速上电和高频噪声带来的误触发。利用电流镜结构获得大的等效ESD触发模块电容,保证了泄放晶体管的导通时间。利用钳位二极管技术,减小钳位电路触发模块的泄漏电流。基于标准65 nm CMOS工艺对电源钳位ESD电路进行了流片验证,测试结果表明,人体模型(HBM)ESD防护能力可达4 kV,泄漏电流为25.45 nA。

一种基于BIFET工艺的采样保持电路

基于双极兼容PJFET(BIFET)工艺,设计了一种单片采样保持电路,介绍了采样保持电路总体架构以及工作原理。电路内部包含输入级运算放大器、电压比较器、模拟开关、输出级运算放大器以及偏置电路等单元。对保持电路中的环路稳定性设计、保持模式下低漏电设计等关键技术进行了分析。芯片流片测试结果表明,该采样保持电路在±15V工作电压条件下,增益误差≤0.005%,失调电压≤3 mV,电源电流≤6.5 mA,电源抑制比≥80 dB,-3 dB带宽≥10 MHz,捕捉时间≤10μs,满足高精度数模转换器(ADC)前端对信号采样保持的应用需求。

水冷电缆护套管的研制

详细阐述了水冷电缆护套管胶料的制备、性能测试,以及胶管的生产工艺和性能。结果表明,SBR/NR并用胶适用于水冷电缆护套管,通过适当的胶料配方设计和胶管结构设计,水冷电缆护套管的耐臭氧性能佳,弯曲半径小,爆破强度高,并具有优异的耐高电压击穿性能、绝缘性能和低漏电性能。

用于偏置电路的低纹波电荷泵设计（英文）

提出了一种低电压CMOS工艺下用于偏置电路中的低漏电流电荷泵电路设计.漏电是输出纹波的主要来源,引入两个不同频率的时钟,通过控制电荷转移器件的开关交替动作来抑制反向漏电流.与传统设计相比,在每级电荷泵单元中增加了两个额外的MOS管,用于维持电荷泵单元中每个晶体管的衬底电位.详细分析了时钟和寄生所引入的非理想效应,并在0.35μm工艺下设计了一款电荷泵电路.仿真结果表明,所提出的9级电荷泵在1.4 V电源电压下能够实现13.4 V直流输出和0.17 mV纹波电压.这种电荷泵结构具有更好的噪声性能,可用于给传感器电路提供稳定的电压偏置.