下一代移动通信领域氮化镓基射频器件关键技术

GaN射频器件通过MOCVD方法在大尺寸SiC衬底上生长高质量的GaN薄膜和GaN/AlGaN异质结。利用成熟半导体工艺设备和薄膜芯片制备技术,开发GaN射频器件制造和封装技术。通过工艺整合、良率及量产稳定性,形成GaN异质结外延材料、芯片制备和器件封装一系列完整产业链,实现高性能GaN射频器件的关键技术突破。     

高效高频第三代半导体电力电子功率模块关键技术

本课题旨在研究GaN基电力电子器件封装关键技术,开发微纳米互连封装工艺技术,研究GaN功率器件倒装共晶焊关键技术,并应用高电压大功率GaN基功率器件的封装,设计开发GaN功率模块驱动芯片和电源控制器芯片,开发出高性能、小型化智能电源模块,满足电力电子技术、高速通信等领域的应用需求。     

退火制度对PZT铁电薄膜性能的影响

铁电薄膜的性质对于硅基MEMS器件有重要的影响,鉴于此本文尝试通过改善退火工艺以提高PZT薄膜的铁电和压电性质.采用溶胶凝胶法,在Si/SiO2/Ti/Pt衬底上制备了PZT铁电薄膜.实验中,采用一次退火工艺和每层退火工艺制备了两种PZT薄膜,采用XRD对薄膜的晶体结构进行分析,通过C-V和I-V特性的研究发现,每层退火工艺有助于提高PZT薄膜的C-V性质,并降低漏导电流.     

面向可见光波段的非周期悬空GaN薄膜光栅

基于严格耦合波理论,提出了一种在可见光波段能调控入射光相位的非周期悬空氮化镓(GaN)薄膜光栅。首先,采用有限差分时域(FDTD)方法,通过改变光栅的周期、占空比等参数仿真计算非周期悬空GaN薄膜光栅的光响应。然后,采用双面加工工艺和氮化物背后减薄技术在硅基GaN晶圆上制备非周期悬空GaN薄膜光栅,控制入射光束的相移。最后,通过角分辨微反射谱实验和光致发光测量实验表征了该薄膜光栅的光学性能。角分辨微反射谱实验结果显示非周期悬空GaN薄膜光栅的光学性能与FDTD的理论分析一致;光致发光测量实验显示其光致发光(PL)强度比硅衬底GaN光栅大大增强,峰值从364.3nm转移到378.7nm。另外,在可见光波段内,该悬空非周期GaN光栅有较大的入射角容忍度,为-25°~25°。得到的结果表明,研制的悬空非周期GaN光栅有助于提高光提取效率。     

808nm含铝半导体激光器的腔面镀膜

研究了高功率808nm量子阱脊型波导结构含铝半导体激光器在空气中解理时不同镀膜方法对输出激光功率的影响,讨论了半导体激光器的灾变性光学镜面损伤机理及其腔面钝化薄膜的选择特性。对半导体激光器管芯前后腔面不镀膜,前后腔面镀上反射膜和前后腔面先镀上钝化薄膜再镀腔面反射膜方法进行了对比,测试了半导体激光器的输出功率。结果表明,先镀上钝化薄膜的器件比只镀上腔面反射膜的器件输出的激光功率高36%。只镀腔面反射膜的半导体激光器器件在电流为5A时就失效了,而镀钝化膜的器件在电流为6A时仍未失效,说明镀钝化薄膜的器件能有效地防止灾变性光学损伤和灾变性光学镜面损伤。在半导体激光器芯片腔面镀上钝化薄膜是提高大功率半导体激光器输出功率的有效方法。     

硅基深宽比结构与SiO_2薄膜的干法刻蚀方法研究

文中研究了贯穿刻蚀硅基直壁沟槽及沟槽底部SiO_2薄膜过刻蚀的深反应离子刻蚀(DRIE)工艺过程。首先,研究了DRIE刻蚀钝化时间比(T_(SF6)∶T_(C4F8))对硅刻蚀形貌的影响。通过工艺参数优化,采用刻蚀钝化时间比分别为9 s/2 s、11 s/2 s(C_4F_8)下电极射频功率为40 W)和11 s/2 s(C_4F_8下电极射频功率为0 W)的三步刻蚀工艺,贯穿刻蚀了宽度为150μm,深度为300μm的直壁沟槽。其次,研究了C_4F_8(八氟环丁烷)钝化气体对SiO_2薄膜过刻蚀的现象,采用降低C4F8下电极射频功率方法,减小了C4F8对SiO_2薄膜过刻蚀。     

纳米银双面烧结SiC半桥模块封装技术

为满足雷达阵面高功率密度的需求,SiC宽禁带半导体器件在电源模块应用中逐步取代传统硅功率器件。传统焊接及导电胶粘工艺存在导电性能差、热阻大、高温蠕变等缺点,无法发挥SiC功率器件高结温和高功率的优势。纳米银烧结是大功率器件最合适的界面互连技术之一,具有低温烧结高温使用的优点和良好的高温工作特性。文中针对高功率电源模块大电流传输对低压降及高效散热的需求,基于高功率半桥电源模块开展了SiC芯片的纳米银双面烧结工艺技术研究,突破了成型银焊片制备、纳米银焊膏高平整度点涂、无压烧结等关键技术,并通过烧结界面微观分析以及芯片剪切强度和焊片剥离强度测试对烧结工艺参数进行了优化。最后对半桥模块进行了静态测试和双脉冲测试。该模块的栅极泄漏电流<1.5 n A,开关切换时间<125 ns,漏极电压过冲<12.5%,满足产品应用需求。     

集成封装发光二极管光提取效率的计算及优化

基于蒙特卡罗方法模拟、计算并分析了芯片类型、大小、间距、数量以及布局对GaN基发光二极管(LED)集成封装器件COB(Chip On Board)能效的影响。计算结果表明:在芯片间距小于200μm且芯片尺寸或布局等参数相同的条件下,正装LED COB的能效最低,其次为倒装LED COB,垂直结构芯片的能效最大。当芯片间距大于200μm,3种LED COB的能效趋向饱和。芯片尺寸增加或数量减少可使正装和倒装芯片COB的能效上升,而垂直结构COB的能效基本保持不变。加入图形衬底可提高同样尺寸或布局的正装芯片COB封装器件的能效,但使倒装芯片COB的能效恶化。分析表明:芯片的侧面出光量占整个芯片出光量的比值以及相邻芯片材料的吸收对3种类型COB封装器件的能效有决定性影响。文中还针对正装芯片COB设计了新型菱形芯片布局,与常规正方形芯片布局的COB相比,其能效提高了6.2%。     

纵向BCD工艺的设计与功率集成技术研究

随着功率集成电路对高集成度、低功耗等要求不断提高,越来越多的功率模块被集成到一块半导体芯片上,由此BCD工艺应运而生。BCD工艺是一种采用单片集成技术,将双极晶体管Bipolar、互补金属氧化物半导体CMOS逻辑电路以及大功率的双扩散金属氧化物半导体DMOS器件集成在一块芯片上,提高了功率系统的性能。但是由于现有BCD工艺中所集成的功率器件的电极都是从芯片表面引出,导致芯片面积增加、引入更多的寄生效应,并使得高压互连和热设计等问题表现得较为突出。为了解决现有BCD工艺存在的问题,并结合功率集成器件研发需求,通过对纵向功率MOS器件工艺和集成电路工艺的分析与整合,提出了一种纵向BCD工艺,能够同时实现电路和各种纵向结构功率MOS并兼容横向LDMOS器件的一体化集成,既可以从芯片背面引出纵向结构功率MOS漏极,又可以保证集成后的电路和功率器件的良好电气特性。基于该工艺通过仿真优化设计的集成化功率器件导通电阻≤1.5 mΩ·mm2,击穿电压为90 V,兼容的LDMOS器件工作电压也同步达到90 V,最大工作电流为2 A。     

基于感应耦合等离子刻蚀技术的三维微拉伸梁制作工艺

根据感应耦合等离子(Inductively coupled plasma,ICP)刻蚀的机理,针对热氧化硅薄膜微拉伸梁的结构特点,研究ICP刻蚀制作3D微拉伸梁结构的工艺并解决其中的难点问题。介绍ICP刻蚀工艺参数对刻蚀质量的影响,包括存在的微负载效应和深宽比效应。详细介绍热氧化硅薄膜微拉伸梁的制作,其关键步骤是双掩膜两次ICP刻蚀形成阶梯状窗口结构,并在硅衬底表面形成释放了的热氧化硅薄膜梁。利用ICP刻蚀对单晶硅的高选择性,此制作工艺适用于各种薄膜的微拉伸梁制作。     

军用技术转民用推广目录(续)

<正>58 GaN HEMT外延材料【技术开发单位】中国电子科技集团公司第五十五研究所【技术简介】GaN HEMT材料具有低的导通电阻、高的工作频率,能满足下一代功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣高温工作的要求。相对于同为宽禁带半导体的SiC大功率器件,GaN高功率器件不仅具有耐高压以及高电流的特性,更具有开关速度快,在同样的耐压条件下,导通电阻远低于SiC     

HEMT高灵敏度微加速度计的设计与测试

根据压阻传感原理设计了GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)器件与Si基悬臂梁-质量块结构集成的微加速度。通过ANSYS结构应力仿真,GaN基HEMT作为敏感单元置于微悬臂梁结构根部的应力最大处。同时对微加速度计的关键研制工艺进行了设计和研究,成功制备出具有力电耦合特性的传感结构。并且测试了微结构在静态0～10g的惯性测试,结果表明GaN基HEMT器件具备明显的力电耦合效应,该微加速度计的灵敏度为0.24 mA/g,线性度为12.4%,适合研制高灵敏度的微加速度计。     

不同温度制备氟化镱薄膜的工艺研究

利用电子束蒸发在硅基底材料上沉积氟化镱(YbF3)薄膜,并对不同沉积温度所得薄膜进行了研究。研究结果表明,在反可见透红外波段上,沉积温度对于YbF3薄膜的物理和光学特性有较大影响。当沉积温度为150℃和180℃时,硅基底上的YbF3薄膜的光学性能和可靠性较差;当沉积温度为220℃和240℃时,硅基底上的YbF3薄膜具有良好的光学性能和可靠性,能适用于不同要求的薄膜产品研制。     

薄膜SOI扩展电阻温度传感器

重点阐述了在薄膜SOI上制成的扩展电阻温度(SRT)传感器的阻温特性(R-T)。利用器件二维模拟软件PISCES研究了最高工作温度(Tmax)的Si膜厚度效应，模拟结果表明，在相同的衬底掺杂浓度下，Si膜尽度越薄，器件的Tmax越高。实验结果也验证了这一点，薄膜SOISRT传感器不仅具有非常好的器件特性，Tmax高至450℃以上，而且它的工作偏置电流低至1μA，比体Si SRT传感器小10^3倍。因此，薄膜SOISRT传感器具有很广阔的低功耗应用前景。     

基于硅硅键合技术的高精度压力传感器的研究

硅压阻压力传感器核心部件一般是由单晶硅和玻璃组成的微结构,由于单晶硅和玻璃的材料特性存在差异,在制造过程中会引入封装应力对传感器的性能产生不利影响。采用硅硅键合技术制造压力传感器核心部件的微结构,以同质材料替代异质材料实现器件的封装,可有效减少封装应力,提升压力传感器的性能。文中通过结合硅压阻压力敏感芯片的制造工艺和硅硅键合工艺,实现了敏感芯片与硅衬底间的硅硅键合,键合强度达到体硅强度。研制的差压型压力敏感芯片装配成传感器的零点温度漂移下降60%,静压误差下降约1个数量级。     

基于黑硅为吸收层的热电堆红外探测器

基于黑硅对部分波长红外光的高吸收效率,结合红外探测器对吸收层材料的要求,针对以黑硅为红外吸收层的设计与测试进行了研究;设计采用工艺中刻蚀出现的"黑色"物质为吸收层材料,研究对不同波长红外光的吸收效率。根据红外基本理论,结合MEMS工艺可行性和兼容性设计一种微机械热电堆红外探测器,热偶对的排布位置进行上下设计;突破原有的硅衬底的释放困难和SOI衬底的成本过高的问题,提出一种氧化层上的多晶硅作衬底,最后器件以正面干法释放器件的方法,在提高探测器性能的同时节约成本。     

AD590温度传感器在远方检测中的应用

AD590是一种两端的IC温传感器,它产生的输出与绝对温度成正比。外加 4V～ 30V之间的电压时,这种器件(具有很高的阻抗)能提供1μA/K恒流电流。芯片上的薄膜电阻通过激光调整使这种器件能在298.2K( 25℃)输出 298.2μA电流。     

宽禁带电力电子器件研发新进展

碳化硅和氮化镓是最有发展前途的半导体材料,可用于电力半导体器件的制造。与硅半导体电力电子器件相比,其优点是：标定阻断电压较高,功率损耗较低,工作温度较高,因此给这种器件增加了与硅器件竞争的活力。至于其发展水平,SiC肖特基二极管的标定阻断电压达1．2kV、电流20A,并已投入生产;SiC大功率二极管的研制水平,标定阻断电压达12．3kV,正向电流密度达100A／km^2。预期在数年内,SiC与GaN器件将在因节能而著称的电力电子设备中得到广泛采用。     

集成高性能嵌入式螺管电感和互感技术

采用微加工技术制造了可与集成电路工艺后端集成的嵌入式螺管型电感和互感器件。实现的器件具有悬空结构,大大抑制了衬底损耗。同时,器件结构嵌入硅衬底表面,与标准集成电路封装兼容。测试表明电感器件达到高的品质因数和自谐振频率,互感器件实现很宽频率范围内的高有效增益。力学性能分析和测试表明器件具有良好的抗冲击能力和热稳定性。所实现的电感和互感适合高性能射频集成电路(Radio-frequency integrated circuits, RFIC)的应用。     

ICPECVD法制备氧化硅薄膜的工艺研究

以SH_4和O_2作为反应气体,利用电感耦合等离子体增强型化学气相淀积(ICPECVD)技术制备了氧化硅薄膜,通过正交试验设计的方法研究了反应室压强、衬底温度和射频功率3个关键工艺参数对氧化硅薄膜淀积速率的影响及其显著性。实验结果表明:反应室压强和射频功率对淀积速率的影响具有高度显著性,各参数对刻蚀速率的影响程度依次为反应室压强射频功率衬底温度,并讨论了所选参数对淀积速率的影响机理。