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Applications of Wide Bandgap Semiconductor Materials in High-Power Electronic Devices
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作者 Yucheng Zhou 《World Journal of Engineering and Technology》 2024年第4期1034-1045,共12页
Wide bandgap semiconductor materials are driving revolutionary improvements in the performance of high-power electronic devices. This study systematically evaluates the application prospects of wide bandgap semiconduc... Wide bandgap semiconductor materials are driving revolutionary improvements in the performance of high-power electronic devices. This study systematically evaluates the application prospects of wide bandgap semiconductor materials in high-power electronic devices. The research first compares the physical properties of major wide bandgap materials (such as silicon carbide SiC and gallium nitride GaN), analyzing their advantages over traditional silicon materials. Through theoretical calculations and experimental data analysis, the study assesses the performance of these materials in terms of high breakdown field, high thermal conductivity, and high electron saturation velocity. The research focuses on the application of SiC and GaN devices in power electronics, including high-voltage DC transmission, electric vehicle drive systems, and renewable energy conversion. The study also discusses the potential of wide bandgap materials in RF and microwave applications. However, the research also points out the challenges faced by wide bandgap semiconductor technology, such as material defect control, device reliability, and cost issues. To address these challenges, the study proposes solutions, including improving epitaxial growth techniques, optimizing device structure design, and developing new packaging methods. Finally, the research looks ahead to the prospects of wide bandgap semiconductors in emerging application areas such as quantum computing and terahertz communications. This study provides a comprehensive theoretical foundation and technology roadmap for the application of wide bandgap semiconductor materials in high-power electronic devices, contributing to the development of next-generation high-efficiency energy conversion and management systems. 展开更多
关键词 wide Bandgap semiconductors High-Power Electronics silicon carbide Gallium Nitride Power Electronics
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High Power, Room Temperature Terahertz Emitters Based on Dopant Transitions in 6H-Silicon Carbide
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作者 James Kolodzey Guang-Chi Xuan +2 位作者 Peng-Cheng Lv Nathan Sustersic Xin Ma 《Journal of Electronic Science and Technology》 CAS 2014年第3期250-254,共5页
Electrically pumped high power terahertz (THz) emitters that operated above room temperature in a pulse mode were fabricated from nitrogen-doped n-type 6H-SiC. The emission spectra had peaks centered on 5 THz and 12... Electrically pumped high power terahertz (THz) emitters that operated above room temperature in a pulse mode were fabricated from nitrogen-doped n-type 6H-SiC. The emission spectra had peaks centered on 5 THz and 12 THz (20 meV and 50 meV) that were attributed to radiative transitions of excitons bound to nitrogen donor impurities. Due to the relatively deep binding energies of the nitrogen donors, above 100 meV, and the high thermal conductivity of the SiC substrates, the THz output power and operating temperature were significantly higher than previous dopant based emitters. With peak applied currents of a few amperes, and a top surface area of 1 mm2, the device emitted up to 0.5 mW at liquid nitrogen temperature (77 K), and tens of microwatts up to 333 K. This result is the highest temperature of THz emission reported from impurity-based emitters. 展开更多
关键词 Intracenter radiative transitions semiconductor devices silicon carbide terahertz emitting devices wide band gap semiconductors
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Synaptic devices based on silicon carbide for neuromorphic computing
3
作者 Boyu Ye Xiao Liu +2 位作者 hao Wu Wensheng Yan Xiaodong Pi 《Journal of Semiconductors》 2025年第2期38-51,共14页
To address the increasing demand for massive data storage and processing,brain-inspired neuromorphic comput-ing systems based on artificial synaptic devices have been actively developed in recent years.Among the vario... To address the increasing demand for massive data storage and processing,brain-inspired neuromorphic comput-ing systems based on artificial synaptic devices have been actively developed in recent years.Among the various materials inves-tigated for the fabrication of synaptic devices,silicon carbide(SiC)has emerged as a preferred choices due to its high electron mobility,superior thermal conductivity,and excellent thermal stability,which exhibits promising potential for neuromorphic applications in harsh environments.In this review,the recent progress in SiC-based synaptic devices is summarized.Firstly,an in-depth discussion is conducted regarding the categories,working mechanisms,and structural designs of these devices.Subse-quently,several application scenarios for SiC-based synaptic devices are presented.Finally,a few perspectives and directions for their future development are outlined. 展开更多
关键词 silicon carbide wide bandgap semiconductors synaptic devices neuromorphic computing high temperature
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福建省碳化硅衬底专利技术现状与发展建议
4
作者 许鲜 《电子工业专用设备》 2024年第1期1-5,共5页
以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料,已经成为国际半导体研究和产业化的热点。以碳化硅衬底技术专利活动情况为研究目标,从专利申请趋势、专利地域分布、主要申请人和技术领域分布等角度进行对比分析,梳理专利布局优势和存在的问... 以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料,已经成为国际半导体研究和产业化的热点。以碳化硅衬底技术专利活动情况为研究目标,从专利申请趋势、专利地域分布、主要申请人和技术领域分布等角度进行对比分析,梳理专利布局优势和存在的问题,提出福建省碳化硅衬底技术专利布局优化和质量提升的对策建议,全面助力福建省碳化硅衬底技术优化升级。 展开更多
关键词 碳化硅衬底 宽禁带半导体 第三代半导体 专利分析 专利布局
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宽禁带功率半导体器件技术 被引量:22
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作者 张波 邓小川 +1 位作者 陈万军 李肇基 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期618-623,共6页
碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的典型代表。与常规半导体硅(Si)和砷化镓(GaAs)相比,宽禁带半导体具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点,是大功率、高温、高频、抗辐照应用场合下极为理想的半导体材料。... 碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的典型代表。与常规半导体硅(Si)和砷化镓(GaAs)相比,宽禁带半导体具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点,是大功率、高温、高频、抗辐照应用场合下极为理想的半导体材料。该文总结了宽禁带SiC和GaN功率半导体器件研发的最新进展,包括各种功率二极管和功率晶体管。同时对宽禁带SiC和GaN功率半导体器件发展所面临的市场和技术挑战进行了分析与概述,并对其发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 氮化镓 功率器件 碳化硅 宽禁带半导体
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SiC半导体探测器性能测量研究 被引量:6
6
作者 蒋勇 范晓强 +3 位作者 荣茹 吴建 柏松 李理 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1372-1375,1427,共5页
采用241Am-α粒子源测量了研制的SiC半导体探测器的上升时间、脉冲幅度以及能量分辨率等性能,计算了空气和肖特基Ni/Au层厚度对α粒子的能量损失,测量了抽真空和加不同偏压等条件对SiC探测器性能的影响。计算表明:0.8 cm的空气层对α粒... 采用241Am-α粒子源测量了研制的SiC半导体探测器的上升时间、脉冲幅度以及能量分辨率等性能,计算了空气和肖特基Ni/Au层厚度对α粒子的能量损失,测量了抽真空和加不同偏压等条件对SiC探测器性能的影响。计算表明:0.8 cm的空气层对α粒子有20%的能量损失,3.5μm的肖特基Au层对α粒子有39%的能量损失。在1 700 Pa的低真空环境中、350 V偏压下SiC探测器达到最佳工作条件,此时探测器的上升时间为76.9 ns,输出幅度为22.8 mV,能量分辨率为13.7%。采用更薄肖特基金属镀层(≤0.1μm)可制备出更高能量分辨率的SiC探测器。 展开更多
关键词 SiC探测器 宽禁带 Α粒子 能量分辨率
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SiC单晶生长 被引量:10
7
作者 刘喆 徐现刚 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第2期274-278,共5页
本文综述了国际上SiC单晶生长的发展历史及现状。从其结构特点生长方法的选择 。
关键词 SIC单晶 碳化硅 宽禁带半导体 晶体生长 气相生长 晶体缺陷
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宽禁带半导体关键设备技术及发展 被引量:11
8
作者 颜秀文 武祥 《电子工业专用设备》 2013年第5期4-8,共5页
宽禁带半导体设备技术是宽禁带半导体器件的支撑和重要基础。简要介绍了宽禁带半导体器件发展面临的设备问题,重点介绍了碳化硅晶体生长炉、碳化硅外延生长炉、碳化硅离子注入机和氮化镓MOCVD四种制约我国宽禁带半导体器件技术发展的关... 宽禁带半导体设备技术是宽禁带半导体器件的支撑和重要基础。简要介绍了宽禁带半导体器件发展面临的设备问题,重点介绍了碳化硅晶体生长炉、碳化硅外延生长炉、碳化硅离子注入机和氮化镓MOCVD四种制约我国宽禁带半导体器件技术发展的关键设备,指出了宽禁带半导体设备技术的未来发展趋势。 展开更多
关键词 宽禁带半导体 碳化硅 氮化镓 离子注入机 关键设备
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碳化硅探测器的时间响应研究
9
作者 刘林月 张建福 +1 位作者 李辉 欧阳晓平 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1547-1552,共6页
碳化硅探测器是近年来新兴的半导体探测器,具有高电荷收集效率和强抗辐照特性,被广泛用于中子和带电粒子探测。本文针对电流型碳化硅探测器的时间响应特性开展研究,利用W.C.狄钦松模型理论计算和可等效δ脉冲的超快射线束响应实验分别... 碳化硅探测器是近年来新兴的半导体探测器,具有高电荷收集效率和强抗辐照特性,被广泛用于中子和带电粒子探测。本文针对电流型碳化硅探测器的时间响应特性开展研究,利用W.C.狄钦松模型理论计算和可等效δ脉冲的超快射线束响应实验分别研究了碳化硅探测器的时间特性,理论和实验结果较为一致;研究发现碳化硅探测器的具有超快时间响应特性,上升时间和响应半高宽小于2 ns;研究了碳化硅探测器时间响应的尺寸效应,获得了探测器时间响应下降时间与RC时间参数关系的经验公式。本文研究结果可为碳化硅探测器的设计、脉冲射线探测应用等提供参考。 展开更多
关键词 碳化硅 半导体探测器 时间响应 宽禁带半导体 纳秒级 电流型探测器
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高温SiC器件及其集成电路在空间电子领域应用展望 被引量:1
10
作者 贺永宁 赵小龙 崔万照 《空间电子技术》 2023年第2期1-7,共7页
金星、火星等行星空间探索对航天器电子学系统耐高温、抗辐照、抗腐蚀性等提出了严峻挑战。极低温电子学和高温电子学是近年来深空探索中的强烈需求。文章主要阐述高温SiC集成电路的起源,数字、模拟和功率IC的发展历程和研究现状。重点... 金星、火星等行星空间探索对航天器电子学系统耐高温、抗辐照、抗腐蚀性等提出了严峻挑战。极低温电子学和高温电子学是近年来深空探索中的强烈需求。文章主要阐述高温SiC集成电路的起源,数字、模拟和功率IC的发展历程和研究现状。重点综述分析了高温SiC集成电路设计方法和流片验证的两条技术途径:首先,基于多层外延制造工艺的BJT器件单元及其双极集成电路;其次,基于离子注入掺杂工艺的互补单元及其CMOS集成电路。在此基础上还进一步介绍了高温SiC传感芯片、BCD功率IC及功率模块的应用可靠性验证。目前国际研究现状展示了SiC BJT和CMOS IC研制中大学学术界和半导体企业界的协同创新格局。最后展望了其在深空探索中的潜在应用及其面临的挑战性。本综述对国内研制空间环境用宽禁带半导体SiC高温集成电路及其电子学系统具有借鉴价值。 展开更多
关键词 极端环境电子学 SiC宽禁带半导体 高温集成电路 深空探索
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几种典型宽禁带半导体材料的制备及发展现状 被引量:1
11
作者 杨静 杨洪星 《电子工业专用设备》 2016年第8期20-23,共4页
阐述了SiC、GaN、AlN等几种宽禁带半导体材料的特性、突出优势及其重要应用;并对比分析了目前制备这些半导体材料的主流方法及其各自存在的利与弊;最后讨论了宽禁带半导体材料的发展现状及其存在的挑战。
关键词 碳化硅 氮化镓 宽禁带半导体 器件
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数值模拟顶部籽晶溶液生长法制备单晶碳化硅的研究进展 被引量:2
12
作者 隋占仁 徐凌波 +4 位作者 崔灿 王蓉 杨德仁 皮孝东 韩学峰 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第6期1067-1085,共19页
宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)凭借着其高击穿场强、高热导率、耐高温、高化学稳定性和抗辐射等优异性能,在电力电子器件领域尤其是高温、高频、高功率等应用场景下有着巨大潜力。大尺寸、高质量、低成本的单晶SiC的制备是SiC相关半导体... 宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)凭借着其高击穿场强、高热导率、耐高温、高化学稳定性和抗辐射等优异性能,在电力电子器件领域尤其是高温、高频、高功率等应用场景下有着巨大潜力。大尺寸、高质量、低成本的单晶SiC的制备是SiC相关半导体产品规模化应用的前提。顶部籽晶溶液生长(TSSG)法生长的单晶SiC有着晶体质量高、易扩径、易p型掺杂等优势,有望成为制备单晶SiC的主流方法。但目前由于该方法涉及的生长机理复杂,研究者对其内部机理的理解还不够充分,难以对TSSG生长设备和方法进行有效的改进与优化。利用计算机对TSSG法生长单晶SiC生长过程进行数值模拟被认为是对其内部机理探究的有效途径之一。本文首先回顾了TSSG法生长单晶SiC和相关数值模拟分析的发展历程,介绍了TSSG法生长单晶SiC和数值模拟的基本原理,然后介绍了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC模型涉及的主要模块、影响单晶生长的主要因素(如马兰戈尼力、浮力、电磁力等),以及对数值模型的优化方法。最后,指出了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC在未来的重点研究方向。 展开更多
关键词 宽禁带半导体 碳化硅 顶部籽晶溶液生长法 数值模拟 有限元 晶体生长 机器学习
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基于SiC器件的高频高效率双Buck半桥逆变器 被引量:1
13
作者 卢志钢 林琼斌 +1 位作者 王武 陈佳桥 《电力电子技术》 CSCD 北大核心 2017年第9期45-47,共3页
宽禁带器件碳化硅(SiC)半导体耐压高、开关速度快、损耗低,在逆变电源朝着小型化、轻量化和高效率的发展趋势中具有良好的应用前景。对SiC MOSFET性能及双降压式半桥逆变器(DBHBI)的工作原理、参数设计及损耗模型进行了理论分析与实验研... 宽禁带器件碳化硅(SiC)半导体耐压高、开关速度快、损耗低,在逆变电源朝着小型化、轻量化和高效率的发展趋势中具有良好的应用前景。对SiC MOSFET性能及双降压式半桥逆变器(DBHBI)的工作原理、参数设计及损耗模型进行了理论分析与实验研究,比较其与Si IGBT逆变器的效率。搭建一台1 kW实验样机进行测试,开关频率100 kHz下最高效率达到96.28%。 展开更多
关键词 宽禁带器件 碳化硅 逆变器
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北京第三代半导体产业发展思路的研究 被引量:7
14
作者 顾瑾栩 张倩 卢晓威 《集成电路应用》 2019年第5期1-6,共6页
第三代半导体是以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的新一代半导体材料,它们拥有高频高效、耐高压、耐高温等特性,是支撑轨道交通、新能源汽车、5G等产业的核心材料和电子元器件。北京市作为我国第三代半导体发展的重镇,具备丰富的科技... 第三代半导体是以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的新一代半导体材料,它们拥有高频高效、耐高压、耐高温等特性,是支撑轨道交通、新能源汽车、5G等产业的核心材料和电子元器件。北京市作为我国第三代半导体发展的重镇,具备丰富的科技资源和产业基础,聚集了诸如世纪金光、天科合达、泰科天润等知名生产制造企业。研究并实施北京第三代半导体产业的发展大计,不仅是助推北京市经济结构的优化,更是完善中国第三代半导体产业布局、助推产业成长的重要举措。 展开更多
关键词 第三代半导体 宽禁带半导体材料 碳化硅 氮化镓 功率器件
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化学气相沉积法碳化硅外延设备技术进展 被引量:8
15
作者 韩跃斌 蒲勇 施建新 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第7期1300-1308,共9页
碳化硅(SiC)是制作高温、高频、大功率电子器件的理想电子材料,近20年来随着外延设备和工艺技术水平不断提升,外延膜生长速率和品质逐步提高,碳化硅在新能源汽车、光伏产业、高压输配线和智能电站等领域的应用需求越来越大。与硅半导体... 碳化硅(SiC)是制作高温、高频、大功率电子器件的理想电子材料,近20年来随着外延设备和工艺技术水平不断提升,外延膜生长速率和品质逐步提高,碳化硅在新能源汽车、光伏产业、高压输配线和智能电站等领域的应用需求越来越大。与硅半导体产业不同,碳化硅器件必须在外延膜上进行加工,因此碳化硅外延设备在整个产业链中占据承上启下的重要位置,而且也是整个产业链中最复杂、最难开发的设备。本文从碳化硅外延生长机理出发,结合反应室设计和材料科学的发展,介绍了化学气相沉积(CVD)法碳化硅外延设备反应室、加热系统和旋转系统等的技术进展,最后分析了CVD法碳化硅外延设备未来的研究重点和发展方向。 展开更多
关键词 碳化硅 外延生长设备 化学气相沉积 外延生长机理 反应室 第三代半导体 宽禁带半导体
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SiC功率器件在轨道交通行业中的应用 被引量:9
16
作者 赵炫 蒋栋 +2 位作者 刘自程 马颖涛 王江峰 《机车电传动》 北大核心 2020年第1期38-44,共7页
为解决轨道交通牵引及辅助系统的轻量化等问题,宽禁带半导体器件如SiC器件的应用需求越来越大。SiC材料具有禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和漂移速率快等特性,能满足在中大功率、高温、高频条件下工作的应用要求。简述了SiC器件相比... 为解决轨道交通牵引及辅助系统的轻量化等问题,宽禁带半导体器件如SiC器件的应用需求越来越大。SiC材料具有禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和漂移速率快等特性,能满足在中大功率、高温、高频条件下工作的应用要求。简述了SiC器件相比传统硅基器件的突出优势及商业化和实验室研发情况,介绍了SiC功率器件在轨道交通行业中的发展现状,同时对其在未来轨道交通装备业的发展提出了建议和展望。 展开更多
关键词 SIC 宽禁带半导体 牵引系统 辅助供电系统 轨道交通
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碳化硅功率模块封装技术进展 被引量:1
17
作者 曹峻 张兆强 《集成电路应用》 2018年第8期20-24,共5页
近年来,随着新能源产业的快速发展,电力电子系统对功率半导体器件性能提出了更高的要求,作为宽禁带半导体材料的碳化硅功率器件以其相对于传统硅基器件的优异性能,正引起大家的广泛关注。与此同时,碳化硅器件的封装技术正成为限制器件... 近年来,随着新能源产业的快速发展,电力电子系统对功率半导体器件性能提出了更高的要求,作为宽禁带半导体材料的碳化硅功率器件以其相对于传统硅基器件的优异性能,正引起大家的广泛关注。与此同时,碳化硅器件的封装技术正成为限制器件性能发挥的瓶颈。从封装结构和材料角度,探讨了碳化硅功率模块封装技术的最新进展。 展开更多
关键词 宽禁带半导体 碳化硅 模块 封装技术
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SiC MOSFET功率器件标准研究 被引量:3
18
作者 高伟 赵璐冰 《标准科学》 2021年第12期79-84,共6页
本文结合SiC MOSFET国际标准进展,分析了阈值电压漂移、偏压温度不稳定性、体二极管退化测试标准的制定难点;同时,根据国内外产业发展现状、我国技术标准进展,分析了测试设备精度、新型封装、动态可靠性等关键问题与标准制定面临的挑战... 本文结合SiC MOSFET国际标准进展,分析了阈值电压漂移、偏压温度不稳定性、体二极管退化测试标准的制定难点;同时,根据国内外产业发展现状、我国技术标准进展,分析了测试设备精度、新型封装、动态可靠性等关键问题与标准制定面临的挑战,并提出了首先定位团体标准制定的工作机制,以期以技术标准的研制支撑产业的市场化发展。 展开更多
关键词 SiC MOSFET 碳化硅 功率开关器件 团体标准 第三代半导体
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SiC芯片微型化及发展趋势 被引量:1
19
作者 张园览 张清纯 《机车电传动》 北大核心 2023年第5期46-62,共17页
新能源汽车与光伏作为SiC器件发展的重要推手,促进国内碳化硅产业链日趋完善,设计和制造进展快速,部分制造商器件特性已达到或接近国际领先水平。然而,由于SiC器件价格偏高,器件成本成为限制SiC器件进一步渗透市场的最主要因素。SiC芯... 新能源汽车与光伏作为SiC器件发展的重要推手,促进国内碳化硅产业链日趋完善,设计和制造进展快速,部分制造商器件特性已达到或接近国际领先水平。然而,由于SiC器件价格偏高,器件成本成为限制SiC器件进一步渗透市场的最主要因素。SiC芯片微型化能够显著降低芯片成本,已成为进一步加快SiC技术在新能源领域的大规模应用的有效途径之一。文章对近年来SiC芯片微型化的发展进行了梳理总结,对芯片微型化的必要性进行了分析,并提出了SiC芯片微型化的解决办法,阐述了国际SiC芯片微型化进展,对国内SiC技术近阶段的快速发展进行了阶段性总结,并揭示了芯片微型化将面临的各种挑战。最后,对国内SiC器件发展的机遇和未来进行了展望,为进一步研发提供思路和参考。 展开更多
关键词 碳化硅 宽禁带半导体 功率器件 微型化 金属-氧化物-半导体场效应晶体管
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碳化硅半导体技术和市场应用综述 被引量:11
20
作者 曹峻 《集成电路应用》 2018年第8期5-9,共5页
随着新能源产业的快速发展,宽禁带半导体越来越受到人们的关注。其中,碳化硅半导体已经开始在多个工业领域得到了广泛应用。在此,针对宽禁带半导体的材料性能、碳化硅半导体的功率器件进行了介绍。此外,也对碳化硅功率器件的封装技术进... 随着新能源产业的快速发展,宽禁带半导体越来越受到人们的关注。其中,碳化硅半导体已经开始在多个工业领域得到了广泛应用。在此,针对宽禁带半导体的材料性能、碳化硅半导体的功率器件进行了介绍。此外,也对碳化硅功率器件的封装技术进行了介绍。然后,对于使用碳化硅功率器件较多的应用领域进行了分析。最后,对于未来碳化硅半导体行业的技术发展趋势提出了展望。 展开更多
关键词 宽禁带半导体 碳化硅 功率器件
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