碳化硅MOSFET器件高温栅偏特性的实验分析

为了评估不同电热应力和时间周期下碳化硅（Si C）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的高温栅偏特性,搭建了具备施加高温栅偏应力和测量器件静态特性以及两者快速切换的实验平台。从施加高温栅偏应力、去除应力后室温下短期恢复和长期恢复3个不同阶段研究了SiC MOSFET静态参数对高温栅偏应力的敏感度,以及不同时间周期范围内阈值电压的恢复能力。实验结果表明,高温栅极正偏压和高温环境存储都会导致器件阈值电压的正向漂移,室温施加栅极正偏压,器件阈值电压几乎不发生漂移。此外,长时间高温栅偏后,室温条件下器件的导通电阻和泄漏电流都表现出十分优异的稳定性。然而,高温栅偏后器件阈值电压的漂移程度还取决于恢复时间,恢复时间越长,阈值电压漂移程度越小。

LWIR亚波长铝/硒化锌光栅偏振器设计

为提高长波红外偏振成像系统中偏振器件性能,本文通过分析光栅材料及结构参数对光栅偏振性能的影响,设计并优化了一种双层材料构成的亚波长光栅。该光栅为矩形形貌,光栅区由铝与硒化锌构成,两种材料的厚度分别为0.6μm和0.4μm,光栅周期1μm,占空比50%。利用严格耦合波理论分析并计算该结构光栅的衍射效率,7~15μm波段的光以0~60°入射后其0级横磁模透射率达到87.54%以上,消光比超过47 d B。该光栅在10.6μm的测试波长下,TM透射率高达90.80%且具有50 d B以上的消光比,相比槽深相同的单层铝光栅,偏振透过率明显提高。仿真结果显示,该光栅在整个宽长波红外波段具有良好的偏振性能。

提高电子束焊机栅偏电源可靠性的措施

１栅偏电源工作原理在三极电子枪中，栅偏电源的作用是在控制极和阴极（灯丝）之间提供一个偏置电压，用来调节电子束电流的大小，并能改善电子束斑点的成形。本文介绍的电源的栅偏原理线路如图１所示，它的负载电流只是通过Ｒ１的电流（１０ｍＡ），工作电压最大为１５０...

碳化硅MOSFET的高温栅偏特性

针对碳化硅(SiC)MOSFET存在的栅氧可靠性问题,对其展开高温栅偏(HTGB)试验研究。以阈值电压(V_(TH))和体二极管通态压降(V_(SD))作为特征参数,设计搭建应力及测试试验平台,研究SiC MOSFET在高温栅偏应力下的特征参数退化特性,并对短期恢复下特征参数的不稳定现象以及长期恢复对特征参数的影响进行了分析。试验结果表明,SiC MOSFET的VTH和VSD均受负向和正向高温栅偏的影响,并能够产生相反方向的参数漂移。撤去应力后存在恢复现象,使电参数受可恢复部分偏移量的影响具有不稳定性,且经过长期室温储存后仍存在进一步的恢复。

提高电子束焊机栅偏电源可靠性的措施

1 栅偏电源工作原理在三极电子枪中,栅偏电源的作用是在控制极和阴极(灯丝)之间提供一个静电场,用来调节灯丝发射电子的多少,并能改善电束斑点的成形,栅偏电源工作原理如图1所示,它的负载电流只是通过R_1的电流(仅为10mA以下),工作电压最大为1550V左右,但是由于工作在高电位端(在中压型电子束焊机中对地电压为50～70kV),所以低压端控制电路需用绝缘变压器T_1来隔离,电能的传递采用道变的方法来实现.

增加栅偏电压前后电子束焊机束斑直径变化的实验研究

在某些电子束焊机中,可以通过调节栅偏电压的大小来控制电子束束斑的直径。在加栅偏电压和不加栅偏电压的两种情况下,进行下束实验,验证栅偏电压对电子束束斑形状和尺寸的影响。

高压大功率器件用高温栅偏测试装置研制

为准确评估硅IGBT和碳化硅MOSFET等高压大功率器件不同电应力及热应力条件下的栅极可靠性,研制了实时测量皮安级栅极漏电流的高温栅偏(high temperature gate bias,HTGB)测试装置。此外,该测试装置具备阈值电压在线监测功能,可以更好地监测被测器件的状态以进行可靠性评估和失效分析。为初步验证测试装置的各项功能和可靠性,运用该测试装置对商用IGBT器件在相同温度应力不同电应力条件下进行分组测试。初步测试结果表明老化初期漏电流逐渐降低,最终漏电流大小与电压应力有良好的正相关性,栅偏电压越大,漏电流越大。该测试装置实现了碳化硅MOSFET器件和硅IGBT器件对高温栅偏的测试需求且适用于各种类型的封装。

硅基片上的中波红外铝线栅偏振器设计

设计了一种Si基片上的Al线栅偏振器,在Al线栅和Si基片间引入一层低折射率SiO介质层,适用于3.0-5.0μm的中波红外波段。采用有限时域差分（FDTD）方法,对SiO介质层和金属线栅材料（Al,Au,Ag,Cu和Rh）分别进行了优化。SiO介质层的引入削弱了Al线栅和Si基片之间界面上激发的表面等离子体激元,横磁（TM）偏振光的透过率提高,横电（TE）偏振光的反射增强,消光比上升。对Al,Au,Ag,Cu和Rh五种金属线栅材料分析表明,Al是最合适的材料。当SiO介质层厚度为300 nm、线栅周期为400 nm和占空比为0.5时,Al线栅偏振器在4.0μm波长处的TM偏振光的透过率达到94.8%,消光比为28.3 dB,在3.0-5.0μm波段具有良好的偏振性能。

SiC MOSFET高温栅氧可靠性研究

碳化硅SiC(silicon carbide)具有优良的电学和热学特性,是一种前景广阔的宽禁带半导体材料。SiC材料制成的功率MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)非常适合应用于大功率领域,而高温栅氧可靠性是大功率MOSFET最需要关注的特性之一。通过正压高温栅偏试验和负压高温栅偏试验对比了自研SiC MOSFET和国外同规格SiC MOSFET的高温栅氧可靠性。负压高温栅偏试验结果显示自研SiC MOSFET与国外SiC MOSFET的阈值电压偏移量基本相等,阈值电压偏移量百分比最大相差在4.52%左右。正压高温栅偏试验的结果显示自研SiC MOSFET的阈值电压偏移量较小,与国外SiC MOSFET相比,自研SiC MOSFET的阈值电压偏移量百分比最大相差11%。自研器件占优势的原因是在SiC/SiO2界面处引入了适量的氮元素,钝化界面缺陷的同时,减少了快界面态的产生,使总的界面态密度被降到最低。

SiC MOSFET栅极氧化层缺陷检测

SiC以其耐高压,高频,高温和高功率密度的材料特性,广泛应用于高效电能转换领域。而其栅氧化层可靠性是评价器件可靠性的重要部分。本文根据SIC MOSFET结构特性和栅氧化层缺陷的形成机理,对一批应力筛选实验失效的样品进行研究,提出了一种针对SIC-MOSFET的栅氧化层缺陷检测方法。方法使用了正面和背面失效EMMI定位了相同缺陷位置,同时利用聚焦离子束分析等方法找到了栅氧化层物理损伤点,对碳化硅晶圆级别异物缺陷完成了成分分析,验证了晶圆级栅极氧化层异物缺陷对于栅氧化层质量和可靠性的影响,对于SiC MOSFET的早期失效研究有着重要的参考作用。

SUVA工艺改善色偏研究

为优化SUVA3工艺中左右视角色偏(CR_((80/20)))较UV^(2)A工艺差的问题,从工艺、设计等方向,进行了组合曝光(PBS+WGP模式)、ITO狭缝角度、偏光片角度(WGP)等条件的探究。结果表明:组合曝光(PBS+WGP模式)、ITO角度、WGP角度均可优化色偏,但从色偏收益和量产性角度考虑,ITO Slit角度+WGP角度调整更优,其最优条件为:WGP角度为f°(极限角度)+ITO狭缝角度为I°,可将SUVA3工艺色偏优化至UV^(2)A工艺水准,CR_((80/20))可达到35.6%。

可调谐型金属线栅偏振器的特性研究

金属线栅偏振器是一种新兴的基于微纳结构的光学偏振器件,体积小、性能高、易集成.但在紫外和可见光波段,通过缩小线栅的特征尺寸来提高消光比的方法已经受到纳米制作工艺的限制,因此需要新的结构来提高其偏振特性.双层金属线栅结构仅在特定波段上提高器件的偏振特性.在此基础上,提出一种间距可调谐的金属线栅偏振器结构,通过调谐两层金属线栅之间的距离来确保偏振器极高的消光比和很强的透过率.利用VirtualLab软件的傅里叶模式方法,计算了可调谐型金属线栅偏振的透过率和消光比.数值仿真结果表明,双层可调谐型金属线栅结构在整个紫外、可见光波段极大地提高了透射光的消光比和透过率.

提高电子束焊机栅偏电源可靠性的措施

文章介绍电子束焊机栅偏电源的工作原理，分析影响其运行可靠性的因素，并提出有效的改进措施。

偏栅Al_xGa_(1-x)N/GaN HEMT的二维模拟与特性分析

采用泊松方程-薛定谔方程-流体力学方程组自洽求解的方法,对偏栅AlGaN/GaN HEMT器件的电学特性进行了二维模拟。通过与传统正栅器件的模拟结果对比分析,可以看出,偏栅结构除了可以提高器件的击穿电压外,还可以提高直流输出电流和跨导,对输出特性和转移特性均有一定的提高。

3300V SiC MOSFET栅氧可靠性研究

碳化硅SiC(silicon carbide)功率器件因其卓越的材料性能,表现出巨大的应用前景,其中金属-氧化物-场效应晶体管MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)是最重要的器件。3300 V SiC MOSFET可应用于轨道交通和智能电网等大功率领域,能显著提高效率,降低装置体积。在这些应用领域中,对功率器件的可靠性要求很高,为此,针对自主研制的3300 V SiC MOSFET开展栅氧可靠性研究。首先,按照常规的评估技术对其进行了高温栅偏HTGB(high temperature gate bias)试验;其次,针对高压SiC MOSFET的特点进行了漏源反偏时栅氧电热应力的研究。试验结果表明,在高压SiC MOSFET中,漏源反偏时栅氧的电热应力较大,在设计及使用时应尤为注意。

基于体效应的SiC MOSFET器件栅极老化监测方法研究

长期以来,栅极老化一直是SiC MOSFET器件可靠性研究的关键,而偏置温度不稳定性则是栅极老化的重要现象。由于栅极老化的偏置温度不稳定性存在应力撤出后的恢复现象,如能在可靠性实验中快速、准确地监测SiC MOSFET器件的栅极老化变化量,对可靠性研究具有重要意义。因此,文中提出一种新的栅极老化监测方法。该方法以体效应下的阈值电压VTH(body)为基础,建立理论模型来描述VTH(body)和栅极老化之间的关系。提出在栅极电压开关过程中从体二极管电压–栅极电压曲线中得到VTH(body)的方法,并详细研究实验参数对VTH(body)的影响。此外,通过高温栅偏实验对VTH(body)的实用价值进行验证,并与栅极老化参数阈值电压VTH进行对比。实验结果证明,提出的新型栅极老化监测方法可以实现栅极老化的快速、准确及非恒温环境监测。

氮退火对SiC MOSFET栅源电压漂移的影响

为了准确地表征4H-SiC MOSFET经过高温栅偏(HTGB)测试后的栅源电压漂移,优化氮退火工艺条件以改善MOSFET栅源电压的稳定性,在n型4H-SiC(0001)外延片上制备了横向扩散MOSFET(LDMOSFET)和纵向扩散MOSFET(VDMOSFET)。对栅氧化层采用不同温度、时间和气氛进行氮退火,并对制备的MOSFET进行了HTGB测试,探讨了栅压应力大小、应力时间、温度对栅源电压漂移的影响。结果表明:相比LDMOSFET,VDMOSFET可以更有效地表征栅源电压漂移趋势;氮退火对栅源电压正向漂移影响较小;NO退火后增加高温N_(2)退火、提高NO退火的温度和增加NO退火的时间均会引起VDMOSFET栅源电压负向漂移量增加;当栅压应力为-16 V、应力时间为500 s时,1200℃、70 min NO退火的VDMOSFET的栅源电压漂移比1250℃、40 min NO退火的小0.1~0.3 V。

基于改进HTGB试验的SiC MOSFET栅极可靠性研究

碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的栅极可靠性考核是一项重要的可靠性测试项目,然而现行测试表征均是针对硅(Si)器件制定的,并未充分考虑SiC器件的特性。这里以阈值电压为栅极老化表征参数,首先对SiCMOSFET器件进行传统静态高温栅偏(HTGB)试验,发现阈值电压弛豫效应对测量结果影响较大,于是对测量方法进行了改进;然后进行了更加贴近实际工况的动态HTGB试验,并研究了不同开关频率和占空比对测得结果的影响,结果表明开关频率越高阈值电压漂移越小,而占空比越高阈值电压漂移越大。进一步的,提出“有效偏压值”的概念来解释占空比对阈值电压漂移的影响机制,同时也建立了静态HTGB试验和动态HTGB试验的转换关系。

SiC MOSFET栅极电参数退化机理及耦合关系

栅极一直是SiC MOSFET可靠性研究的重点,栅极老化过程中电参数之间的耦合关系对栅极可靠性研究有至关重要的作用。为此,搭建了能够同时监测阈值电压和栅极漏电流的高温栅偏(HTGB)试验平台。研究了HTGB下阈值电压和漏电流的退化趋势和影响,基于氧化层注入电荷量深入分析了两者之间的耦合关系。结果表明,热应力对载流子隧穿影响较为明显,对陷阱捕获的载流子影响相对较小,而场强则对两者均具有显著的影响。此外,提出了减小阈值电压漂移对SiC MOSFET均流特性影响的方法,指出了栅极漏电流下降现象的本质是栅极陷阱充电,并给出了栅极老化过程中漏电流失效基准值选取的方法。该研究结果为深入理解SiC MOSFET的栅极失效机理提供了理论指导。

1200V SiC MOSFET晶体管的高温可靠性研究

高温可靠性是目前限制SiC MOSFET晶体管高温应用的关键问题之一。本文介绍了基于国内碳化硅器件工艺平台研制的1 200 V SiC MOSFET器件的直流特性,并通过高温栅偏(HTGB)和高温反偏(HTRB)试验对器件高温可靠性进行测试分析。试验结果表明:所研制的1 200 V SiC MOSFET器件在经过168 h的HTGB和HTRB可靠性试验后,所有测试器件的击穿电压>1 200 V,阈值电压偏移量<15%,导通电阻偏移量<15%,显示出优良的器件鲁棒性,也初步证明了国产SiC MOSFET器件的设计、工艺及其研制的可行性。