新型无结型晶体管特性仿真及性能优化设计

随着晶体管特征尺寸缩小至10 nm以下,传统Si基MOSFET面临诸多挑战,而新型沟道材料和器件结构将有望进一步提升器件性能。基于绝缘体上锗衬底的无结型晶体管(GOI-JLT)制作工艺简单、电学特性优良,有望在空间电子系统中应用。利用TCAD仿真软件Sentaurus,研究了GOI-JLT的电学特性,提出一种通过调节沟道掺杂分布来优化器件性能的方法。仿真结果表明,沟道采用高斯掺杂分布,能显著降低器件关态漏电流(降低约三个数量级),提高开关比(提高约三个数量级),抑制短沟道效应。

全环绕栅极场效应晶体管的Ⅰ-Ⅴ模型紧凑建模

基于表面电势提出了一种无结型全环绕栅极场效应晶体管的Ⅰ-Ⅴ模型。以一维泊松方程为基础,结合相应的边界条件,采用四阶龙格库塔算法对两个解析模型中基于物理原理的非线性超越方程组依次求解,建立了表面电势、中点电势与栅极电压相关的数值模型。随后,根据数值模型中以中间参数形式表示的表面电势结果,利用Pao-Sah积分推导出全环绕栅极场效应晶体管的漏极电流。所提出的Ⅰ-Ⅴ模型结果与数值和实验数据均显示出良好的一致性,验证了该建模方法用于全环绕栅极场效应晶体管的可行性。此外,该方法实现了解析模型与数值模型的结合,在精度和效率之间实现了很好的平衡。

一种碳化硅双极结型晶体管新型自适应驱动电路

作为新型半导体材料功率器件的代表，碳化硅双极结型晶体管（SiCBJT）相较硅基晶体管有许多独特的优势，如高电流增益、优良的耐高温可靠性、制作工艺简单以及无碳化硅栅氧可靠性问题，在军用以及日常应用中有着广泛的应用前景。但其作为电流型器件，即使在较大的电流增益系数下，SiCBJT的驱动损耗仍然不可忽略。为了节省驱动功耗，一系列的驱动方式被使用。本文将几种典型的传统BJT驱动应用于SiCBJT，并对其功耗，开关速度进行比较，在此基础上对其参数进行优化，最后提出了一种SiCBJT的新型自适应驱动，通过建立从集电极电流到基极电流的的正反馈，基极电流能够等比例的跟随集电极电流，使得电流增益系数保持稳定，简化了驱动电路并提高了电路的响应速度，同时大大减少了基极稳态驱动功耗。通过斩波电路的实验结果表明，自适应驱动方式稳态功耗仅为恒定基极电流驱动方式稳态功耗的30％左右。

3000V 10A 4H-SiC结型场效应晶体管的设计与制造

介绍了一种常开型高压4H-SiC JFET的仿真与制造工艺。通过仿真对器件结构和加工工艺进行优化,指导下一步的工艺改进。在N+型4H-SiC衬底上生长掺杂浓度(ND)为1.0×1015 cm-3,厚度为50μm的N-外延层,并采用本实验室开发的SiC JFET工艺进行了器件工艺加工。通过测试,当栅极偏压VG=-6V时,研制的SiC JFET可以阻断3 000V电压;当栅极偏压VG=7V、漏极电压VD=3V时,正向漏极电流大于10A,对应的电流密度为100A/cm2。

双栅无结型场效应晶体管的设计与优化

利用三维数值仿真工具,对双栅无结型场效应晶体管进行了数值模拟,研究了沟道掺杂浓度深度分布对晶体管性能的影响,并对比分析了当沟道长度缩小到10nm及以下时器件的电学特性。仿真结果表明,相比于沟道为均匀掺杂分布的器件,具有中间低的沟道掺杂深度分布的双栅无结型场效应晶体管具有更优的开关电流比、漏致势垒降低、亚阈值斜率等电学性能和短沟道特性。

SiC结型场效应功率晶体管特性及其驱动设计

SiC结型场效应功率晶体管(JFET)是目前较成熟的宽禁带功率半导体,具有良好的电气性能。但在使用过程中,JFET存在常态下开通的特性与开关时du/dt对驱动电压影响较大的问题。在分析器件等效电路的基础上,从理论上讨论了du/dt对驱动电压的影响,并提出一种驱动电路。该驱动电路采用电平转化电路及有源吸收电路,实现了控制电路信号与SiC器件驱动信号逻辑电平匹配;同时,在高速开关时,能有效减小容性电流对驱动电压的影响,可靠开关SiC器件。最后,给出了驱动信号、驱动电压变化及器件开关过程的实验波形,证明了驱动电路的有效性。

结型场效应晶体管低频噪声测试方法研究

在深入研究JFET低频噪声特性及产生机理的基础上,提出了一种通过测试宽频带功率谱密度得到其规定频率处等效输入噪声电压功率谱密度和噪声系数的测试方法,并给出了低频噪声测试的偏置电路、测试设备和测试方法。结合3DJ4和3DJ6型JFET器件的测试结果表明,采用本文提出的方法可适用于JFET的低频噪声的测试。

结型场效应晶体管的主要参数的探讨

本文讨论了结型场效应晶体管的几个主要参数 。

晶体管发射结正向电容的测量及分析

晶体管发射结电容对晶体管的频率特性有很重要的影响 ,正确测量发射结正向偏压电容仍是很重要的课题。文中提出用交流测量和直流测量结合来测量晶体管发射结的正向偏压电容 ,分析了晶体管发射结正向电容随偏压的变化。文中还对大圆片测试图形中的晶体管进行了测试 ,估算了晶体管的正向渡越时间的范围 ,并得到晶体管发射结中等正向偏压以下的势垒电容。

GeSn/Ge异质无结型隧穿场效应晶体管

提出了一种新型GeSn/Ge异质无结型隧穿场效应晶体管(GeSn/Ge-hetero JLTFET)。该器件结合了直接窄带隙材料GeSn与传统JLTFET的优点,利用功函数工程诱导器件本征层感应出空穴(p型)或电子(n型),在无需掺杂的前提下,形成器件的源区、沟道区和漏区,从而避免了使用复杂的离子注入工艺和引入随机掺杂波动。该器件减小了隧穿路径宽度,提高了开态电流,获得了更陡峭的亚阈值摆幅。仿真结果表明GeSn/Ge-hetero JLTFET的开态电流为7.08×10^-6 A/μm,关态电流为3.62×10^-14 A/μm,亚阈值摆幅为37.77 mV/dec。同时,GeSn/Ge-hetero JLTFET的相关参数(跨导、跨导生成因子、截止频率和增益带宽积)的性能也优于传统器件。

结型场效应晶体管测试仪

设计电路时，每当需要很高的输入阻抗、高工作频率和相对较低的噪声时，结型场效应晶体管便成为最佳选择。本文描述了一个简单的测试仪，它能够测量结型场效应晶体管的两价目主要参数。

结型场效应晶体管的主要参数的探讨

本文讨论了结型场效应晶体管的几个主要参数,找出影响它们的主要因素。

碳化硅功率场效应功率晶体管仿真模型及其驱动研究

研究碳化硅结型场效应功率晶体管的静、动态性能及仿真模型,针对高速开关时的碳化硅器件开关震荡,提出有效抑制震荡与减小容性电流影响的碳化硅功率晶体管驱动电路。在分析器件半导体物理结构、测量碳化硅器件特性参数的基础上建立器件仿真模型,通过器件开关特性的仿真,分析了电路的驱动电压、开关速度、dv/dt及不同的驱动情况下对驱动电路压降的影响。结果表明,碳化硅结型场效应功率晶体管具有通态电阻低、损耗小、开关速度高的特点,驱动电路能有效地工作于高频状态下,开关震荡小,有利于器件应用在高性能的电力电子装置中。

宁波材料所在无结薄膜晶体管领域取得重要进展

最近，国外科研人员报道了一种新型的无结纳米线晶体管。这种晶体管源极和漏极与沟道区之间没有结的存在。相比传统的结型晶体管，无结晶体管的源极、漏极与沟道共用一根重掺杂的硅纳米线，从而大大简化了传统器件的制备工艺并降低了器件的制作成本。

基于级联常通型SiC JFET的快速中压直流固态断路器设计及实验验证

固态断路器(solid state circuit breaker, SSCB)是直流配电网中实现快速、无弧隔离直流故障的关键保护装置。首先提出了一种基于级联常通型碳化硅(silicon carbide, SiC)结型场效应晶体管(junction field effect transistor, JFET)的新型中压直流SSCB拓扑,直流故障发生时利用金属氧化物压敏电阻(metal oxide varistor, MOV)向SSCB主开关级联常通型SiC JFET器件的栅源极提供驱动电压,可快速实现直流故障保护。其次详细分析了SSCB关断和开通过程的运行特性,并提出了SSCB驱动电路关键参数设计方法。最后研制了基于3个级联常通型Si C JFET器件的1.5 kV/63 A中压SSCB样机,通过短路故障、故障恢复实验验证了设计方法的有效性。结果表明该SSCB关断250 A短路电流的响应时间约为20μs,故障恢复导通响应时间约为12μs,为中压直流SSCB的拓扑优化设计和级联常通型Si C JFET器件的动静态电压均衡性能提升提供了支撑。

横向增强型双侧栅结构GaN JFET优化设计

提出了一种新型横向双侧栅结构的GaN JFET,并通过SILVACO软件对器件的沟道宽度、沟道电子浓度和p-GaN空穴浓度进行了优化,得到了阈值电压和输出电流与器件参数之间的变化规律,通过参数优化得到了增强型GaN JFET的结构参数条件。随后对设计的横向双侧栅结构增强型GaN JFET器件进行了击穿特性研究,发现当沟道长度短至0.5μm时,会出现严重的短沟道效应;当沟道长度大于1μm后,器件击穿电压由栅极与漏极间寄生PN结反向击穿决定,与沟道长度无关;采用RESURF(Reduced surface field)终端结构可以显著提升器件击穿电压,优化后的增强型GaN JFET器件击穿电压超过1200 V。此外,采用p型GaN缓冲层替代n型GaN缓冲层,能够有效提高器件的栅控能力。

寄生参数对基于常通型SiC JFET器件的中压直流固态断路器过电压的影响及抑制方法

研究了寄生电感对基于常通型碳化硅(silicon carbide,SiC)结型场效应晶体管(junction field effect transistor,JFET)串联结构的中压直流固态断路器(solid state circuit breaker,SSCB)过电压的影响,并在此基础上提出了一种SSCB的过电压抑制方法。首先介绍了基于常通型SiC JFET器件串联结构的SSCB拓扑及工作原理,建立了考虑完整回路寄生电感的SiC JFET串联结构开关过程的数学模型。其次利用MATLAB软件对数学模型进行解析计算,揭示了SSCB开关过程中寄生电感对SiC JFET器件串联运行时过电压的影响机理,并利用PSPICE仿真结果验证了理论分析的正确性。最后设计了一种适用于SSCB过电压抑制的单栅极驱动及缓冲电路,并通过SSCB实验样机验证了所提方法的有效性。

InP/GaAsSb/InP双异质结双极晶体管技术发展现状(Ⅰ)

InP/GaAsSb/InP双异质结双极晶体管(DHBT)以其独特的交错Ⅱ型能带结构,在频率特性、击穿特性和热特性等方面较传统的InP/InGaAsSHBT与InP/InGaAs/InPDHBT等显示出极大的优越性。对InP/GaAsSb/InPⅡ型DHBT技术的提出、外延层结构设计与生长、器件结构设计、器件制造工艺与优化以及国内外发展情况研究水平、发展趋势和商业化情况进行了系统的回顾和展望。指出结合垂直方向材料结构优化缩小器件尺寸和采用微空气桥隔离基极电极结构是InP/GaAsSb/InPDHBT向THz截止频率发展的最重要的技术路线。

沟道形状对无结型多栅器件性能影响探究

随着集成电路特征尺寸进入纳米尺度,摩尔定律的延续受到一定的挑战,纳米技术代的晶体管亟需全新的材料、器件结构和工艺集成技术。在器件结构方面,无结型场效应晶体管由于其近似理想的电流电压特性、优良的等比例缩小能力以及极其简单的制造工艺,受到了人们广泛的关注。通过三维数值仿真工具Synopsys Sentaurus 3DTCAD,对多栅的无结型MOS晶体管进行了数值模拟仿真。并在此基础上探究了无结型器件沟道形状对其电学特性的影响,提出了具有倒角正梯形沟道的多栅无结型晶体管结构,验证了其相较于普通无结多栅型器件更加优良的电学特性,以及栅长下降至20nm以下节点时对短沟道效应的进一步抑制作用。

晶体管效应的发现——纪念第一个晶体管诞生四十周年

一、先驱的探索,成功与失败均可借鉴尽管半导体材料、半导体器件是在二十世纪50年代之后才极大地发展起来的,但是,半导体的一些性质却早被发现并有些应用,且在理论上也有些初步探索。早在1833年,法拉第(M.Faraday)就观察了硫化银具有电阻的负温度系数。这是第一次发现半导体的性质。这个性质是与金属电阻的正温度系数(电阻随温度的升高而增加)相对照而被记录下来的。