碲镉汞PIN结构雪崩器件的I区材料晶体质量研究

本文对中波红外PIN结构的碲镉汞(HgCdTe)雪崩器件关键雪崩区域的材料晶体质量进行研究。通过在实验材料上对PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟,采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征,评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。研究发现,现有优化工艺下雪崩区域的晶体质量良好,拟合材料的SRH寿命最好能达到20.7μs,可达到原生材料SRH寿命的相当水平,满足高质量中波碲镉汞雪崩器件的研制要求。同时,我们以获得的雪崩区域SRH寿命为基础,对HgCdTe APD结构器件进行相应2维数值模拟,获得理论最优的暗电流密度8.7×10^(-10) A/cm^(2)。

基于PXI标准的功率器件总剂量效应测试系统研制

设计了一款针对功率器件的总剂量效应测试系统。该系统基于外围组件互连(PXI)扩展主机系统,设计了测试板卡,并通过设计不同工艺的半导体功率器件测试工装,实现功率器件的批量自动化测试。结果表明,氮化镓工艺的功率器件的耐总剂量效应优于硅和碳化硅工艺的功率器件的。

面向集成电路先进制程的二维信息材料与器件

随着集成电路技术的发展至3 nm节点,摩尔定律接近其物理极限,传统芯片制程面临材料到器件的理论和技术瓶颈。二维信息材料凭借原子层厚度、低功耗等特性被产业界认为是1 nm及以下节点的核心材料,将助力芯片制程延续摩尔定律以及平面到三维的发展,与我国集成电路先进制程长期规划紧密相关。基于国家自然科学基金委员会第343期双清论坛,本文从材料—器件—异质集成多层次回顾了二维信息材料与器件的发展历史,总结了领域内所面临挑战,凝炼了未来5~10年的重大关键科学以及亟需布局的研究方向,进一步提出顶层设计的前沿研究方向和科学基金资助战略。

新能源材料与器件课程O2O智慧教学模式探索

新能源材料对“碳达峰、碳中和”国家战略目标的实现具有重要的支撑作用。新能源材料与器件课程是新能源材料研究与应用的基础,也是新能源人才培养过程中的主干课程,现有教学模式很难满足对高质量新能源人才的培养,因此该文提出将“智慧教学”理念及“O2O模式”应用到课程教学的各个环节。通过信息化技术搭建智慧教育平台,延伸教与学的边界,建构出一种虚实相生、情境结合、意象交融的教学空间;通过智能化的方式提高教学效率,增强教学互动,提升学生学习效率,加强信息反馈和教学管理。从而开发教师和学生的聪明才智和主观能动性,使投入得到最大化产出、获得最优学习效果,支撑我国新能源人才的培养。

高综合性能电卡复合材料及大功率制冷器件

通过制备BaZr_(0.2)Ti_(0.8)O_(3)-P(VDF-TrFE-CFE)复合材料来改善聚合物基电卡材料的综合性能,设计基于流固耦合传热的大功率制冷器件并通过有限元仿真来评估以不同电卡材料为制冷核心元件的器件制冷能力和效率。结果表明:相较于基础聚合物,BZT质量分数为10%的复合材料T-BZT-10%具有显著优异的电卡制冷性能和导热性能。在10 K的温度跨度下,以T-BZT-10%为制冷核心元件的电卡器件可实现31.0 W/cm^(3)的制冷功率密度和1060.4 W的总制冷功率为基础电卡制冷器件的10倍),且COP达到5.2。

高压大功率器件应用特性测评现状与挑战

高压大功率器件目前已广泛应用于各类大容量电力换流和控制装备中,在运行过程中面临复杂的电-磁-热-机应力,具有功率密度大、工况态势复杂的特点,开展高压大功率器件的特性测试有利于准确评估功率器件的可靠性,并指导变流器的优化设计。该文紧密围绕基于双脉冲的准在线测试方法,系统综述准在线测试在结温提取、老化表征、运行轨迹刻画、电磁云图分布等方面的应用情况和发展现状,梳理不同特性表征方法的优缺点及适用性,并进一步探讨在线运行工况下功率器件的实时状态监测和寿命评估方法。同时,面向第三代碳化硅半导体器件,深入讨论基于宽禁带材料电致发光原理的测评新方法,为后续高压大功率器件的可靠性评估提供指导和参考。

集成电路和功率器件抗辐射工艺加固技术研究综述

随着我国空间装备的高速发展,尤其是深空探测器,微电子器件抗辐射性能得到广泛关注。抗辐射工艺加固是实现器件抗辐射性能提升的重要途径之一。本文围绕空间总剂量效应和单粒子效应,对近年来集成电路和功率器件辐射效应机理和工艺加固技术的研究进展进行了介绍和总结,为抗辐射工艺加固技术的发展与应用提供了有益参考。

新一代高韧性直流输电技术(一):从器件、装备到系统

构建高比例新能源、高比例电力电子化的新型电力系统迫切需要具有超强构网和主动支撑能力的新型直流输电技术。为此,文中秉承“一代器件、一代装备、一代系统”理念,提出新一代高韧性直流输电概念。增强型集成门极换流晶闸管(enhanced integrated gate-commutated thyristor,IGCT-Plus)的半导体本征结构拥有超强的浪涌电流能力,将为高暂态耐受的换流器提供坚实的物理基础;新型模块化换向式换流器(modular commutated converter,MCC)拥有优异的软开关特性,将是高倍载直流输电系统的优选方案;IGCT-Plus和MCC作为核心器件和装备将支撑具有电压和频率强支撑能力的新型高韧性直流输电系统构建。文中从新型器件、新型装备到新型系统对高韧性直流输电技术进行全面论述,并对后续发展中存在的关键问题和技术进行分析和展望。提出的高韧性直流输电技术对支撑双高电力系统的安全稳定运行具有重要意义,有望成为未来电力传输中的崭新方式。

基于GaN器件与磁集成技术的车载充电机实验平台研究

随着新能源汽车的普及,对车载充电机的要求越来越高。为了有效提升整机效率和功率密度,将GaN器件与磁集成技术应用于车载充电机,进行了实验平台研究。基于GaN器件设计了两级式车载充电机拓扑结构与外围电路,通过制作磁集成平面变压器,优化了CLLC变换器,完成了整机控制程序设计及2kW车载充电机实验样机搭建,并对样机进行了实验测试与波形分析。实验结果表明,实验样机具有良好的稳态特性与动态特性,整机功率因数在0.98以上,满载峰值效率达到95.22%。该平台能够帮助学生加深对电力电子技术的认识,掌握新型电力电子器件的特性及应用,锻炼实践操作能力,提高相关课程的教学质量。

宇航元器件需求工程化研究

面向宇航任务的元器件需求规划,为系统解决宇航元器件需求表达不完整、表征不准确的问题,文章提出了宇航元器件需求工程的概念并阐述了其内涵和范围,建立了宇航元器件需求工程的整体技术体系,研究了需求解析、需求建模、产品定义和需求验证等关键技术,阐述了4个关键技术在载人空间站工程中应用直流-直流(DC-DC)电源产品的典型案例。研究形成的技术体系和方法可以为宇航领域元器件需求规划、研制攻关提供参考。

牵引变流器功率器件结温在线监测方法综述

功率器件结温在线监测对牵引变流器安全可靠运行至关重要,准确的结温监测是牵引变流器失效分析、运行状态监测、健康管理和剩余服役寿命预测的基础。因此,面向功率器件结温在线监测开展了大量研究。在此基础上,概述了以热网络模型法和温敏参数法为主的功率器件结温在线监测方法,以此为分类基准梳理了现有功率器件的结温监测方法并讨论了在牵引变流器中在线实现的可能,详细介绍了功率器件结温监测方法针对在线应用及客观因素干扰的发展与改进。最后,总结并对比了现有功率器件结温在线监测方法的演变、联系与差异,在分析现有结温监测方法面临挑战的基础上,展望功率器件结温在线监测在人工智能技术辅助下的前景。

MEMS器件可靠性评价标准分析及建议

本文研究了MEMS器件的失效模式和失效机理,进行了归纳总结;基于其模式和失效机理,分析了MEMS器件的可靠性试验项目和相关试验标准,总结了可靠性试验现状。最后,针对以上情况对MEMS器件可靠性试验的标准体系建设和完善提出了建议,进行了展望。

卫星有源相控阵高热流微尺度器件热设计与验证

为解决卫星有源相控阵高热流微尺度器件散热和热试验验证难题,首先,提出T/R模块低温共烧陶瓷热设计优化方案,选择热通孔面积比为11.4%,并建立尺度比为800∶1的跨尺度热模型;其次,进行地面常压热平衡试验,利用红外热像仪测量器件温度;再基于热参数敏感性分析方法评估自然对流、热辐射和热传导有关参数对器件温度的影响,结果表明:对于特征长度为600μm的典型器件,接触热导对散热影响最大,而自然对流和热辐射影响均低于2%;基于常压热平衡试验数据修正热模型后的仿真与试验数据吻合良好,最大温度偏差1.7℃;高热流微尺度器件接触热导为16200 W/(m^(2)·K),预示真空下器件的最高温度为73.2℃,满足工程要求。研究结果可为卫星高热流微尺度器件热设计和验证提供参考。

基于平板热管技术的电子器件热管理研究进展

随着电子器件不断趋于小型化和高度集成化发展,电子器件功率过高引发的散热问题亟待解决。平板热管由于具有均温性好、散热效率高等优势已为许多大功率电子元器件的散热问题提供了有效的热管理解决方案。但面对如今越来越多元化的散热需求,开发适应新型电子设备散热需求的高效平板热管仍是当前研究的热点。基于此,在对平板热管工作原理及结构特点进行阐述的基础上,对平板热管的传热性能、影响传热性能的因素(毛细芯结构、腔体厚度、工质、充液率、倾角和热源)、强化平板热管传热性能的措施(不同润湿性表面和支撑柱结构等)及其在小型化电子设备、IGBT晶体管、LED和电池组等电子器件散热应用等方面进行了系统性综述,指出研究不同毛细芯结构与腔体厚度下平板热管内部流动传热特性、散热性能强化的机制和综合优化方法,以及如何在不同电子器件热管理需求下设计出空间适应性强而散热性能高效的平板热管等仍是当前平板热管有待进一步突破的关键技术,将为平板热管在电子器件散热领域的进一步深入研究与优化提供一定参考。

基于原子/分子团簇结构的材料与器件制造

原子/分子团簇是物质结构的一种新形态,具有独特的本征性质。从原子/分子团簇到器件的跨尺度制造,将为国防高端装备和新兴电子等产业发展带来深刻变革。团簇的多物质构效关系、宏量制造、团簇结构跨尺度构筑以及团簇器件的高性能制造等是原子/分子团簇器件制造的关键发展方向,主导着从原子到产品制造的发展历程。把握这些发展背后的重要机遇,将有助于占领原子级制造研究的制高点,引领原子级制造方法的变革。本文从团簇新材料的宏量制造、新型功能器件的原子/分子团簇构筑、团簇—器件的跨尺度制造工艺和装备等三个方面概括了原子/分子团簇与器件制造领域的主要研究进展,总结了原子/分子团簇与器件领域的关键科学问题及面临的挑战,并对其未来发展方向和发展战略给出了建议。

半导体器件制造与应用微专业建设与实践——以池州学院为例

以池州学院微专业建设为例,介绍地方政府、地方高校、头部企业合作下的微专业建设路径、建设内容,并就半导体器件制造与应用微专业的培养目标、教学课程、师资教学团队、实践教学等进行了改革与实践。

新工科背景下新能源材料与器件专业实验教学改革探索——以江汉大学为例

在新工科背景下,高等工程教育聚焦于培养学生的创新及工程实践能力。本文分析了新能源材料与器件专业实验教学改革的现状与问题,并提出了一系列创新改革方案。这些方案涵盖实验教学体系优化、虚实融合教学、科研与实验教学相结合以及考核评价体系改进等方面,旨在为新工科背景下培养高素质、创新型的新能源材料与器件专业人才奠定坚实基础,推动该领域教育的持续发展。

基于寄生电感优化的分立器件布局方法研究

为了探究分立器件与PCB组合形成的半桥电路时采用何种布局方式才能尽最大限度减小线路寄生电感的问题,基于换流回路寄生电感概念,提出了一种经优化的分立器件在PCB上的布局方式,进而减小换流回路的寄生电感,随后通过有限元仿真软件评估并验证不同布局方式所产生的寄生电感,并结合LTspice电路仿真软件评估不同布局方式对器件电开关特性的影响,最后通过双脉冲实验验证了所设计的一种经过优化布局半桥电路的优越性.所提供的半桥电路的设计方法为分立器件在PCB上的布局提供了理论和技术支撑.

光电量子器件研究进展(封面文章·特邀)

量子科技的发展多年来得到了光电技术的有力支撑,笔者团队由此进行了一系列光电量子器件的研究和开发。为在光纤量子通信中实现单光子信号的按需产生,笔者设计了几种微纳柱型光腔-量子点单光子源;发展了频分复用技术,研制了高纯度、高全同的宣布式单光子源;利用GaN缺陷的单光子特性,制备了室温量子随机数发生器。笔者优化周期极化铌酸锂的级联波导结构设计,大幅提升了通信波段量子纠缠光源性能,使保真度高于97%,噪声特性提高10倍;设计和制备Si3N4微环腔纠缠源器件,实现了99%的干涉可见度,展示了芯片集成量子光源的技术可行性;应用所制备的纠缠光源,实现了数十千米光纤基量子密钥分发和量子隐形传态。笔者发展了单光子探测器制造工程,研制了用于太阳光谱量子测量的低噪声高速雪崩单光子探测器和用于量子成像的128×32及以上规模的雪崩焦平面单光子探测器。笔者制备了光纤基量子存储器,实现了1 650个光子模式的有效存储;研究了光机械量子器件的原理机制,探索了纳米光机电系统用于量子精密测量的技术前景。希望以上综述为未来量子信息网络的发展提供研究参考和技术储备。