基于SiC和Si器件的燃料电池汽车DC-DC变换器的性能

为实现燃料电池汽车输出电压、功率的调节与控制,采用了一种交错式双Boost电路的大功率直流-直流(DC-DC)变换器,其中应用了Si和SiC功率器件。基于电路损耗计算和效率仿真手段,对比分析了全SiC[金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件、SiC二极管]、SiC MOSFET和Si二极管的混合器件和全硅Si[绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件、Si二极管]的变换器在电路损耗。结果表明:Si IGBT的开通和关断损耗约是SiC MOSFET的3倍和10倍,在不同工况下,全SiC变换器的转换效率比全Si变换器高1%~3.1%。因而,SiC功率器件在大功率DC-DC变换器的应用中,能够提高功率密度、可靠性和动力系统工作效率。

锗硅BiCMOS中的低成本、高性能PNP器件设计与制备

设计了一种新颖的伪垂直结构PNP晶体管。在锗硅BiCMOS工艺基础上,仅增加基区和集电区两道离子注入,以低成本工艺实现了优良的性能。晶体管电流增益在30以上,击穿电压大于7V,特征频率10GHz,满足高速电路设计的要求。

宽温区高温体硅CMOS倒相器的优化设计

在对体硅 CMOS倒相器直流特性、瞬态特性的高温模型和高温特性深入研究的基础上 ,提出了高温体硅 CMOS倒相器结构参数设计的考虑 ,给出了宽温区 (2 7～ 2 5 0℃ )体硅 CMOS倒相器优化设计的结果。模拟验证表明 ,所设计的体硅 CMOS倒相器在宽温区能满足下列电学参数设计指标 :输出高电平 Vo H>4 .95 V,输出低电平 Vo L<0 .0 5 V,转换电平 V*i (2 7℃ ) =2 .5 V,V*i(2 5 0℃ ) =2 .4 V,上升时间 tr(2 7℃ ) <110 ns,tr(2 5 0℃ ) <180 ns,下降时间 tf(2 7℃ ) <110 ns,tf(2 5 0℃ ) <16 0 ns。

考虑异质器件混用与输出电平倍增的混合型MMC及其调控方法

首先,为提高模块化多电平换流器(MMC)输出波形质量、降低装置运行损耗,提出一种基于Si和SiC器件组合应用的混合型模块化多电平变换器(HMMC)拓扑结构。该拓扑每个桥臂包含N个Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件的半桥子模块,每相交流侧串联一个直流侧电压为半桥子模块一半的SiC金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)全桥子模块,整体经济性较好。其次,提出一种面向输出电平数倍增的HMMC高、低频混合调制策略,并充分发挥SiC MOSFET开关损耗低的优势,在减小HMMC输出谐波的同时降低整体运行损耗。此外,分析混合调制策略下HMMC异质子模块直流侧能量的波动规律,提出一种高、低频模块直流侧电压稳定控制策略。最后,仿真和实验验证了所提HMMC拓扑结构和调制策略的可行性,并将所提HMMC、基于单一器件MMC和现有HMMC在损耗和成本方面进行综合对比,证明了该方案在降低损耗和减小成本方面优势显著。

基于相位校准技术的宽带卫星通信相控阵接收芯片设计与实现

论述了一种基于SiGe BiCMOS工艺的19 GHz~23 GHz四通道卫星通信相控阵接收芯片,该芯片采用有源矢量合成架构进行移相器设计,每个通道由低噪声放大器、移相器、合路器构成,测试结果表明单通道增益(包含合成损耗)大于25 dB,噪声系数小于2.3 dB,增益平坦度小于2 dB,移相精度小于2°,单通道电流小于50 mA。

SiGe沟道pMOSFET阈值电压模型

通过求解泊松方程,综合考虑短沟道效应和漏致势垒降低效应,建立了小尺寸S iG e沟道pM O SFET阈值电压模型,模拟结果和实验数据吻合良好。模拟分析表明,当S iG e沟道长度小于200 nm时,阈值电压受沟道长度、G e组份、衬底掺杂浓度、盖帽层厚度、栅氧化层厚度的影响较大。而对于500 nm以上的沟道长度,可忽略短沟道效应和漏致势垒降低效应对阈值电压的影响。

应变SiGe沟道PMOSFET亚阈值特性模拟

通过简化的模型,对应变SiGe沟道PMOSFET及SiPMOSFET的亚阈值特性作出了简单的理论分析,然后用二维模拟器Medici进行了模拟和对比;研究了截止电流和亚阈值斜率随SiGePMOSFET垂直结构参数的变化关系。模拟结果同理论分析符合一致,表明应变SiGe沟道PMOSFET的亚阈值特性比SiPMOSFET更差,并且对垂直结构参数敏感,在器件设计时值得关注。

基于SiGe BiCMOS工艺的高速光接收机模拟前端电路

基于IBM 0.18,μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一款12.5,Gb/s的全差分光接收机模拟前端电路.该电路由跨阻放大器、限幅放大器、直流偏移消除电路和输出缓冲级组成.为获得更高的带宽,本文对Cherry-Hooper结构进行了改进,设计出一种三级级联的限幅放大器,而直流偏移消除电路则使用了差分有源密勒电容(DAMC)来替代传统的片外大电容,提高了电路集成度和稳定性.版图后仿结果表明,在探测器等效电容为300,f F的情况下,光接收机前端电路的跨阻增益为97,d B,-3,d B带宽为11.7,GHz,等效输入噪声电流小于14.2,pA/Hz^(1/2),芯片核心面积为720,μm×700,μm.

应变SiGe沟道PMOSFET阈值电压模型

首先建立了应变SiGe沟道PMOSFET的一维阈值电压模型,在此基础上,通过考虑沟道横向电场的影响,将其扩展到适用于短沟道的准二维阈值电压模型,与二维数值模拟结果呈现出好的符合。利用此模型,模拟分析了各结构参数对器件阈值电压的影响,并简要讨论了无Sicap层器件的阈值电压。

1.9～5.7GHz宽带低噪声BiCMOS LC VCO

设计了一种宽带、低相位噪声差分LC压控振荡器(VCO)。所设计的电路采用开关电容阵列和开关电感,实现了多波段振荡输出。对负阻环节跨导进行了优化设计,将热噪声控制在最小范围内,同时采用高品质因数片上螺旋电感,以减小电路的噪声干扰。采用台积电(TSMC)0.35μmSiGe BiCMOS工艺制作了流片,并进行了仿真和硬件电路实验。实测结果表明,当调谐电压为0～3.3 V时,可设定VCO工作在6个波段(1.9～2.1 GHz,2.1～2.4 GHz,2.4～3.0 GHz,3.0～3.4 GHz,3.4～4.2 GHz,4.2～5.7 GHz),此6波段连续可调,构成了1.9～5.7 GHz宽带VCO;VCO的中心频率为2.4 GHz、偏离中心频率为1 MHz时实测相位噪声为-111.64 dBc/Hz;在3.3 V电源电压下实测核静态电流约为1.8 mA,从而验证了宽带、低噪声BiCMOS LC VCO设计方案之正确性。

基于SiGe BiCMOS工艺的片上太赫兹滤波器

基于硅锗双极-互补金属氧化物半导体(SiGe BiCMOS)工艺,采用衬底集成波导(SIW)结构,设计了几款片上太赫兹滤波器。测试结果中带宽和中心频率分别为20GHz@139GHz,20GHz@168GHz和26GHz@324GHz,结果表明制作的带通滤波器中心频率与设计的偏差很小;滤波器在中心频率的插入损耗为-6dB@139GHz,-5.5dB@168GHz和-5dB@324GHz。

应用于802.11ac的SiGe BiCMOS低噪声放大器

基于IBM 0.36μm SiGe BiCMOS工艺设计应用于802.11ac的全集低噪声放大器,工作频段为5~6 GHz,且带有旁路功能。低噪声放大器的主体电路采用单端发射极电感负反馈结构。模拟结果显示,在工作电压为5 V的情况下,当低噪声放大器工作时,HBT低噪声放大器工作稳定,常温下,整体的噪声系数为2.2 dB@5.5 GHz,小信号增益为13.3 dB,旁路噪声系数为7.2 dB@5.5 GHz,插入损耗为6.8 dB。当输入总功率为0 dBm的双音信号(-3 dBm/tone)时,输入三阶交调点约为10.2 dBm。

应变Si/SiGe沟道功率UMOSFET的模拟分析

提出一种应变Si/SiGe UMOSFET结构,并与Si-UMOSFET器件的电流-电压特性进行比较;对SiGe区域在UMOSFET器件中的不同厚度值进行静态电学仿真。应变Si/SiGe异质结能够有效地提高沟道区载流子的迁移率,增大IDS,降低Vth及器件的Ron;且应变异质结与载流子有效传输沟道距离的大小,对器件的Vth、Isat、V(BR)DSS及电流-电压特性都有较大的影响。因此在满足击穿电压要求的基础上,应变Si/SiGe沟道异质结的UMOSFET相对Si-UMOSFET在I-V特性和Ron方面有较大的改进。

SiC电力电子学产业化技术的创新发展

进入21世纪后,宽禁带半导体SiC电力电子学发展迅速,SiC二极管和SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)先后进入商品化,在电动汽车等绿色能源的应用发展的带动下,SiC电力电子学进入产业化快速发展阶段。介绍了SiC电力电子学在大尺寸SiC单晶,低成本SiC功率器件制造,SiC二极管、SiC MOSFET、SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT)和SiC门极关断晶闸管(GTO)等功率器件,SiC封装和模块,以及高开关频率SiC器件的应用创新等产业化技术方面的最新进展。其中包含了大尺寸SiC单晶生长技术,基于商用Si CMOS生产线的SiC功率器件制备新工艺,SiC二极管的新结构与新工艺,SiC MOSFET的超级结结构、FinFET结构、高k介质栅与可靠性技术,SiC IGBT和SiC GTO的n沟道新器件及载流子寿命增强新工艺,SiC功率模块的设计与新装联工艺,SiC功率器件应用的新拓扑结构,栅极驱动电路与抑制寄生效应的新技术等。分析和评价了SiC电力电子学产业化的发展态势。

SiC电力电子学产业化技术的创新发展(续)

进入21世纪后,宽禁带半导体SiC电力电子学发展迅速,SiC二极管和SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)先后进入商品化,在电动汽车等绿色能源的应用发展的带动下,SiC电力电子学进入产业化快速发展阶段。介绍了SiC电力电子学在大尺寸SiC单晶,低成本SiC功率器件制造,SiC二极管、SiC MOSFET、SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT)和SiC门极关断晶闸管(GTO)等功率器件,SiC封装和模块,以及高开关频率SiC器件的应用创新等产业化技术方面的最新进展。其中包含了大尺寸SiC单晶生长技术,基于商用Si CMOS生产线的SiC功率器件制备新工艺,SiC二极管的新结构与新工艺,SiC MOSFET的超级结结构、FinFET结构、高k介质栅与可靠性技术,SiC IGBT和SiC GTO的n沟道新器件及载流子寿命增强新工艺,SiC功率模块的设计与新装联工艺,SiC功率器件应用的新拓扑结构,栅极驱动电路与抑制寄生效应的新技术等。分析和评价了SiC电力电子学产业化的发展态势。

美开发出新型省电晶体管

美国国际商用机器公司(IBM)前些日宣布,首次成功利用“绝缘体上硅”技术设计出硅锗双极晶体管,它的速度达到现有硅锗双极晶体管的4倍,能耗比后者降低80％,有望用于制造下一代高性能移动电话等设备。 IBM公司发布的新闻公报介绍说。

SiGe BiCMOS工艺中HBT的关键制造工艺研究

研究了0.18μm SiGe BiCMOS中的核心器件SiGe HBT的关键制造工艺,包括集电极的形成、SiGe基区的淀积、发射极窗口的形成、发射极多晶的淀积、深孔刻蚀等,指出了这些制造工艺的难点和问题,提出了解决办法,并报导了解决相关难题的实验结果。

中国功率器件市场MOSFET成亮点

在中国功率器件市场中，电源管理IC仍旧占据市场首要位置，MOSFET（金属－氧化物－半导体场效应晶体管）位于第二位，大功率晶体管位于第三位，此三大产品销售额占整体市场的80％以上。IGBT（绝缘栅双极晶体管）销售额虽然不大，但随着其在工业控制、消费电子领域中应用的不断增多，其市场销售额保持着较快的增长，是中国功率器件市场中的新兴产品。