功率金属-氧化物半导体场效应晶体管静电放电栅源电容解析模型的建立

在实际静电放电测试时,发现各种功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的静电放电测试结果均呈现出正反向耐压不对称现象,而人体与器件接触时的静电放电过程是不区分正反向的.正反向耐压差异较大对于功率MOSFET或作为静电放电保护器件来说都是无法接受的,其造成器件失效的问题格外凸显.本文通过建立SGT-MOSFET,VUMOSFET和VDMOS在静电放电正反向电压下的栅源电容解析模型,对比分析了三种功率MOSFET器件静电放电正反向耐压不对称及其比值不同的原因,为器件的静电放电测试及可靠性分析提供了理论依据.

双沟槽SiC金属-氧化物-半导体型场效应管重离子单粒子效应

本文针对第四代双沟槽型碳化硅场效应晶体管升展了不同源漏偏置电压下208 MeV锗离子辐照实验,分析了器件产生单粒子效应的物理机制.实验结果表明,辐照过程中随着初始偏置电压的增大,器件漏极电流增长更明显;在偏置电压为400 V时,重离子注量达到9×10^(4)ion/cm^(2),器件发生单粒子烧毁,在偏置电压为500 V时,重离子注量达到3×10^(4)ion/cm^(2),器件发生单粒子烧毁,单粒子烧毁阈值电压在器件额定工作电压的34%(400 V)以下.对辐照后器件进行栅特性测试,辐照过程中偏置电压为100 V的器件泄漏电流无明显变化;200 V和300 V时,器件的栅极泄漏电流和漏极泄漏电流都增大.结合TCAD仿真模拟进一步分析器件单粒子效应微观机制,结果表明在低偏压下,泄漏电流增大是因为电场集中在栅氧化层的拐角处,导致了氧化层的损伤;在高偏压下,辐照过程中N-外延层和N+衬底交界处发生的电场强度增大,引起显著的碰撞电离,由碰撞电离产生的局域大电流密度导致晶格温度超过碳化硅的熔点,最终引起单粒子烧毁.

单轴应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管源漏电流特性模型

本文在建立单轴应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管迁移率模型和阈值电压模型的基础上,基于器件不同的工作区域,从基本的漂移扩散方程出发,分别建立了单轴应变Si NMOSFET源漏电流模型.其中将应力的影响显式地体现在迁移率和阈值电压模型中,使得所建立的模型能直观地反映出源漏电流特性与应力强度的关系.并且对于亚阈区电流模型,基于亚阈区反型电荷,而不是采用常用的有效沟道厚度近似的概念,从而提高了模型的精度.同时将所建模型的仿真结果与实验结果进行了比较,验证了模型的可行性.该模型已经被嵌入进电路仿真器中,实现了对单轴应变Si MOSFET器件和电路的模拟仿真.

用全耗尽绝缘硅互补型金属氧化物半导体集成技术实现一种激光测距电路

在对薄膜全耗尽绝缘硅互补型金属氧化物半导体 (SOICMOS)结构进行模拟和测试基础上 ,采用薄膜全耗尽绝缘硅 (SOI)结构 ,并在工艺中利用优质栅氧化、Ti硅化物、轻掺杂漏 (LDD)结构等关键技术实现了一种高速低功耗SOICMOS激光测距集成电路。测试结果表明 :1.2 μm器件 10 1级环振单门延迟为 2 5 2 ps ,总延迟为 5 4.2ns .电路静态功耗约为 3mW ,动态功耗为

γ射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响

基于γ射线辐照条件下单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)载流子的微观输运机制,揭示了单轴应变Si纳米NMOSFET器件电学特性随总剂量辐照的变化规律,同时基于量子机制建立了小尺寸单轴应变Si NMOSFET在γ射线辐照条件下的栅隧穿电流模型,应用Matlab对该模型进行了数值模拟仿真,探究了总剂量、器件几何结构参数、材料物理参数等对栅隧穿电流的影响.此外,通过实验进行对比,该模型仿真结果和总剂量辐照实验测试结果基本符合,从而验证了模型的可行性.本文所建模型为研究纳米级单轴应变Si NMOSFET应变集成器件可靠性及电路的应用提供了有价值的理论指导与实践基础.

U型槽刻蚀工艺对GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管电学特性的影响

U型槽的干法刻蚀工艺是GaN垂直沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件关键的工艺步骤,干法刻蚀后GaN的侧壁状况直接影响GaN MOS结构中的界面态特性和器件的沟道电子输运.本文通过改变感应耦合等离子体干法刻蚀工艺中的射频功率和刻蚀掩模,研究了GaN垂直沟槽型MOSFET电学特性的工艺依赖性.研究结果表明,适当降低射频功率,在保证侧壁陡直的前提下可以改善沟道电子迁移率,从35.7 cm^2/(V·s)提高到48.1 cm^2/(V·s),并提高器件的工作电流.沟道处的界面态密度可以通过亚阈值摆幅提取,射频功率在50 W时界面态密度降低到1.90×10^12 cm^-2·eV^-1,比135 W条件下降低了一半.采用SiO2硬刻蚀掩模代替光刻胶掩模可以提高沟槽底部的刻蚀均匀性.较薄的SiO2掩模具有更小的侧壁面积,高能离子的反射作用更弱,过刻蚀现象明显改善,制备出的GaN垂直沟槽型MOSFET沟道场效应迁移率更高,界面态密度更低.

金属氧化物半导体纳米晶液相法控制合成研究进展

对金属氧化物纳米晶的晶型、形貌及晶粒大小调控方法进行了综述,重点介绍了液相合成体系中表面活性剂、溶剂、杂质离子等因素对纳米晶形貌、晶型的调控作用以及各种方法的特点,提出发展绿色、高选择性合成方法制备单分散结构可控的金属氧化物半导体纳米晶仍是今后重要的研究方向之一。

半导体电阻型CO_(2)传感器研究进展

半导体金属氧化物表面与气体相互作用的同时可促使材料内部载流子迁移或转化,进而影响材料导电性能,使其表现出气体敏感特性。利用n型、p型半导体金属氧化物导电性能与二氧化碳(CO_(2))含量之间的变化关系,开展了大量电阻型CO_(2)传感器应用探索。通过构建半导体金属氧化物异质结构,降低传感器工作温度的同时,提高传感器选择响应特性。钙钛矿型复合氧化物半导体也表现出CO_(2)敏感特性,基于这些半导体与CO_(2)相互作用后电阻的变化,可以大大拓展电阻型CO_(2)传感器的探索范围,是极具活力的CO_(2)传感器研究领域。

反应动力学理论和N型金属氧化物点缺陷的统计分布

提出了用反应动力学理论来研究半导体点缺陷的统计分布的理论 .给出了 N型半导体施主分布的 Fermi公式 ,N型金属氧化物氧空位 Vo×,Vo+ ,Vo+ + 的浓度公式和吸附氧负离子浓度 [O2 - ],[O- ]的公式 .提出一种用来研究有两次电离过程的 N型金属氧化物 Fermi能级变化范围的方法 ,给出 Ed 2 - k Tln2 <EF<Ed1 - k Tlngd1 的结果 .讨论了在气敏晶体表面 O- 的产生问题 ,给出 O- 不可能在完整晶体表面产生的结论 .

致密型镍钴双金属氧化物电极制备及电容性能研究

本文探究了不同形貌的3种镍钴双金属氧化物,包括SW-NiCo2O4(自编织状)、NN-NiCo2O4(纳米针状)以及C-NiCo2O4(纳米片状),最终筛选出具有高负载量致密型电极-SW-NiCo2O4。这种自编织结构能够有效解决当活性物质增加时电容性能衰减问题,这对于储能设备性能提高十分重要,也是当前储能领域中的一项挑战。通过对比可知,NN-NiCo2O4的负载量最高,较其它两者分别提高了近2倍和5倍,为5.24mg·cm-2。电化学测试显示3种样品的质量比电容依次为:773F·g-1(NN-NiCo2O4)、685F·g-1(SW-NiCo2O4)和232F·g-1(CNiCo2O4),说明活性物质负载量的增加有利于电极材料比电容的提高。然而,SW-NiCo2O4拥有更加优异的倍率性能和循环稳定性,分别为89.1%(1~20A·g-1)和85%(0.5A·g-1, 5000圈)。分析认为,自编织状多孔道结构的NiCo2O4更加适用于制备致密型高密度电容器,进而拓宽了镍钴双金属氧化物在超级电容器中的应用前景。

半导体陶瓷型薄膜气敏传感器的研究进展

半导体陶瓷型薄膜气敏传感器,具有灵敏度高、与气体反应快、制备成本较低等优点,已经成为近年传感器研究和开发的重点,是未来气敏传感器的发展方向之一。本文介绍了陶瓷型半导体薄膜气敏传感器常见的器件结构、薄膜材料的主要制备方法,部分主要的半导体金属氧化物薄膜气敏材料,以及近期相关的研究进展,并扼要分析了今后的发展方向。

N型金属氧化物晶体 Poisson 方程的解

提出了任意形状、无量纲ｎ型晶体的Ｐｏｉｓｓｏｎ方程：ｄ２ψｄｙ２＋η－１ｙｄψｄｙ＝１－Ｒｅ－ψ（η＝１～３，０≤Ｒ≤１），并用微扰理论对其进行了求解．

p型透明半导体开拓出新的道路可能会替代多晶硅

到目前为止，性能不断迅速提高的透明氧化物半导体全部都是n型半导体（由电子导电）。而对P型半导体（由空穴导电）来说，尽管许多工程师在很久以前就进行了开发，但取得的成果却没有n型半导体那么多。特别是基于ZnO的P型半导体在实际应用方面的成果，很长时间都没有出现。日本东北大学金属材料研究所教授川崎雅司的研究小组在2004年制成了P型ZnO半导体，

金属氧化物异质结气体传感器气敏增强机理

金属氧化物异质结由于费米能级效应、不同组分之间的协同作用,常被用来提高电阻型金属氧化物半导体气体传感器的气敏特性。本文简述了近年来国内外金属氧化物异质结材料的类别,主要分为混合氧化物结构、层状结构、第二相粒子修饰结构、一维纳米结构和核-壳结构;重点综述了金属氧化物异质结的气敏增强机理,包括异质结效应、协同效应、催化溢流效应、响应反型、载流子分离及微结构调控六大机理;分析了当前异质结气体传感器面临的瓶颈。最后对纳米异质结气体传感器的发展进行了展望,今后金属氧化物异质结气体传感器可以从明确异质结界面机理展开,这将为自下而上地设计出符合实际需要的气体传感器提供一定参考。

应变(001)p型金属氧化物半导体反型层空穴量子化与电导率有效质量

基于k·p微扰理论框架,研究建立了单轴张/压应变Si,Si基双轴应变p型金属氧化物半导体(PMOS)反型层空穴量子化有效质量与空穴面内电导率有效质量模型.结果表明:对于单轴应力PMOS,选择单轴压应力可有效增强器件的性能;同等增强PMOS空穴迁移率,需要施加的单轴力强度小于双轴力的强度;在选择双轴应力增强器件性能时,应优先选择应变Si1-x Ge x作为沟道材料.所获得的量化理论结论可为Si基及其他应变器件的物理理解及设计提供重要理论参考.

一种新型可调驱动电压的SiC/Si混合开关驱动电路

为提高碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅基绝缘栅极双极晶体管(silicon insulated gate bipolar transistor,Si-IGBT)并联混合开关(SiC/Si hybrid switch,SiC/Si HyS)的可靠性与适用性,该文提出一种可变驱动电压的SiC/Si HyS栅极驱动电路结构,采用一路脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制信号和一个驱动芯片产生不同电压幅值的栅极控制信号,分别控制SiC/Si HyS中的SiC-MOSFET和Si-IGBT。相比于传统采用2个独立驱动电路的SiC/Si HyS驱动结构,该驱动电路大幅度降低SiC/Si HyS栅极驱动电路的复杂度,降低SiC-MOSFET关断过程中Si-IGBT误导通的可能性,提升混合开关的工作可靠性。该文首先分析所设计驱动电路工作原理,给出驱动电压调节方法;其次,建立耦合电容端电压纹波和系统启动时电容端电压暂态数学模型,通过仿真和实验验证模型准确性;搭建2 kW的SiC/Si混合开关Buck电路,验证该文所提混合开关驱动电路可行性,从SiC/Si HyS功率器件关断损耗、驱动电路功率损耗、成本以及体积4个方面分析所提驱动结构的优势。

基于金属氧化物的乙醇检测气敏材料的研究进展

金属氧化物型半导体气体传感器是目前常用的乙醇检测手段,深入研究和改进金属氧化物型半导体材料是提升传感器性能的重要方式。本文首先论述了气敏检测的机理和影响因素,并综述了近年来发展的主要金属氧化物型半导体气敏材料,重点介绍了不同微观结构的Co3O4、ZnO、SnO2及掺杂金属氧化物材料、氧化物异质结等的研究和发展情况,对它们的合成方法、结构特点以及结构与乙醇气敏性能之间的关系进行了探讨。分析表明,减小材料颗粒尺寸、构建大比表面积多孔结构、掺杂和复合改性,是提升金属氧化物材料气敏性能的有效措施。此外,基于传感器微小化的趋势,以微机电系统(MEMS)工艺为基础的微型传感器成为气体传感器的发展趋势。然而,目前针对金属氧化物气敏材料的制备依然缺乏一定的理论指导,气体检测缺乏相应的机理研究,亟需物理、化学、材料等多学科的相互结合,促进乙醇等半导体气体传感器的进一步发展。

高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究

高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作.针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应,建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型.器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知,HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态,热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化.MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致,验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.

电离辐射环境下的部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管可靠性研究

随着半导体技术的进步,集成小尺寸绝缘体上硅器件的芯片开始应用到航空航天领域,使得器件在使用中面临了深空辐射环境与自身常规可靠性的双重挑战.进行小尺寸器件电离辐射环境下的可靠性试验有助于对器件综合可靠性进行评估.参照国标GB2689.1-81恒定应力寿命试验与加速寿命试验方法总则进行电应力选取,对部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管进行了电离辐射环境下的常规可靠性研究.通过试验对比,定性地分析了氧化物陷阱电荷和界面态对器件敏感参数的影响,得出了氧化物陷阱电荷和界面态随着时间参数的变化,在不同阶段对器件参数的影响.结果表明,总剂量效应与电应力的共同作用将加剧器件敏感参数的退化,二者的共同作用远大于单一影响因子.