超结硅锗功率二极管电学特性的研究

超结SiGe功率开关二极管可以克服常规Si功率二极管存在的一些缺陷,如阻断电压增大的同时,正向导通压降也将增大,反向恢复时间也变长。该新型功率二极管有两个重要特点:一是由轻掺杂的p型柱和n型柱相互交替形成超结结构,代替传统功率二极管的n-基区;二是p+区采用很薄的应变SiGe材料。该器件可以同时实现高阻断电压、低正向压降和快速恢复的电学特性。与相同器件厚度的常规Si功率二极管相比较,反向阻断电压提高了42%,反向恢复时间缩短了40%,正向压降减小了约0.1V(正向电流密度为100A/cm2时)。应变SiGe层中Ge含量和器件的基区厚度是影响超结SiGe二极管电学特性的重要参数,详细分析了该材料参数和结构参数对正向导通特性、反向阻断特性和反向恢复特性的影响,为器件结构设计提供了实用的参考价值。     

温度对SiGe/Si异质结功率二极管电学特性的影响(英文)

在考虑到各种物理机制如载流子-载流子散射、俄歇复合、禁带窄化效应及结温效应等的基础上,数值模拟分析了SiGe/Si功率开关二极管的各种温度依赖特性。对Si和SiGe/Si功率二极管而言,温度对器件的正向压降VF、反向击穿电压VB以及反向漏电流JR的影响规律基本相似,即随着温度的升高,正向压降降低,击穿电压增加,反向漏电流迅速提高。然而在相同的温度下,与Si功率开关二极管相比,SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的正向压降降低了近0.1V(在正向电流密度10A/cm2的情况下),反向恢复时间缩短了一半以上,反向峰值电流密度也下降了约三分之一,软度因子S提高了2倍多。SiGe二极管的另外一个重要优点是其反向恢复特性受温度影响很小。当温度从300K增加到400K时,Si功率二极管的反向恢复时间增加了近1倍,而SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的反向恢复时间基本保持不变。SiGe/Si功率开关二极管的一个缺点是在高温下产生较大的漏电流,但这可以通过适当降低Ge含量来改善。Ge的引入为器件设计提供了更大的自由度,其含量对器件特性有重要影响。为了获得低的正向压降和短的反向恢复时间,应该提高Ge的含量,但Ge含量增加将导致大的漏电流,因此Ge含量的大小应该优化折衷考虑。     

一种新型n-区多层渐变掺杂SiGe/Si功率开关二极管

n^-区掺杂浓度采用多层渐变式结构的p^ (SiC．e)-n^--n^ 异质结功率二极管。对该新结构的反向恢复特性及正反向I-V特性进行了模拟,从器件运行机理上对模拟结果做出了详细的分析。与n^-区固定掺杂的普通p^ (SiGe)-n^--n^ 二极管相比。在正向压降基本不发生变化的前提下,渐变掺杂后的器件反向恢复时间可缩短一半,反向峰值电流能降低33％,反向恢复软度因子可提高1．5倍。并且,随着n^-区渐变掺杂的层数增多,反向恢复特性越好。     

快速软恢复SiGe功率开关二极管的结构设计与特性分析

为了进一步提高SiGe/Si异质结功率开关二极管的性能,提出了一种SiGe功率开关二极管的新结构,用交替的p 、n 区形成的mosaic结构来代替原常规的n 区,关断时可同时为电子和空穴的抽取提供通道使阴极具有理想欧姆接触.该结构可大大提高开关速度,并获得很软的反向恢复特性及很低的漏电流.与常规p (SiGe)-n--n 功率开关二极管相比,反向恢复时间缩短了近2/3,反向峰值电流降低了约1/2,漏电流降低了约1个数量级.另外,嵌镶结构中p 区的厚度对器件性能有很大影响,调整p 区的厚度可实现器件的反向耐压能力和反向恢复特性之间很好的折衷.这种性能的改进无需采用少子寿命控制技术因而很容易集成于功率IC中.     

一种新型渐变掺杂理想欧姆接触SiGeC/Si功率二极管

将新器件结构与新型半导体材料相结合,提出了一种新型的n-区三层渐变掺杂理想欧姆接触型p+(SiGeC)-n-n+异质结功率二极管,并对n-区的杂质分布梯度进行了优化.基于MEDICI,给出了该结构的关键物理参数模型,并在此基础上对新结构的设计思路和工作原理进行了全面分析.结果表明,与常规理想欧姆接触结构相比,该新结构在保持快而软反向恢复特性的前提下,反向阻断电压增加了近一倍,而且正向通态特性也有所改善,很好地实现了功率二极管中Qs-Vf-Ir三者的良好折中.     

SiGeC/Si异质结二极管特性分析与优化设计

基于异质结理论,提出了一种新型p+(SiGeC)-n--n+异质结功率二极管结构。分析了C对SiGe合金的应变补偿作用的物理机理。利用MEDICI模拟、对比分析了C的引入对器件电特性的影响,并针对不同Ge/C组分比进行优化设计。结果表明:在SiGe/Si功率二极管中加入少量的C,在基本不影响器件正向I-V特性和反向恢复特性的前提下,大大减少了器件的反向漏电流,提高了器件稳定性,而且对于一定的Ge含量存在一个C的临界值,使得二极管具有最小的反向漏电流,该临界值的提出,对研究其它结构SiGeC/Si异质结半导体器件有一定的参考意义。     

一种新型渐变掺杂理想欧姆接触SiGeC/Si功率二极管

将新器件结构与新型半导体材料相结合,提出了一种新型的n-区三层渐变掺杂理想欧姆接触型p (SiGeC)-n-n 异质结功率二极管,并对n-区的杂质分布梯度进行了优化.基于MEDICI,给出了该结构的关键物理参数模型,并在此基础上对新结构的设计思路和工作原理进行了全面分析.结果表明,与常规理想欧姆接触结构相比,该新结构在保持快而软反向恢复特性的前提下,反向阻断电压增加了近一倍,而且正向通态特性也有所改善,很好地实现了功率二极管中Qs-Vf-Ir三者的良好折中.     

SiGeC异质结功率二极管通态特性研究

研究了一种大功率低功耗p+(SiGeC)-n--n+异质结二极管结构,分析了Ge、C含量对器件正向通态特性的影响。结果表明:与常规的Si p-i-n二极管相比,在正向电流密度不超过1000 A/cm2情况下,p+(SiGeC)-n--n+二极管的正向压降有明显的降低。当电流密度为10 A/cm2时,Si p-i-n二极管的压降为0.655 V,而SiGeC异质结二极管的压降只有0.525 V,大大降低了器件的通态功耗。在相同正向电流密度的条件下,SiGeC异质结二极管在n-区存储的载流子比Si二极管的减少了1个数量级以上,这导致前者的关断时间远小于后者。     

一种新型低阳极发射效率快恢复二极管

采用局域注入p型离子和高温推结的方式得到高掺杂p+区和低掺杂p-区规律性的浓度梯度变化,研制了新型低阳极发射效率二极管.与常规结构二极管相比,此结构在工艺实现时,制造工艺条件、掩模版数量保持不变,只需设计高掺杂p+区和低掺杂p-区层次掩模版图案,即可实现发射极注入效率的自调节,制造成本低;其反向恢复电荷减小了30.4％,反向电流峰值减小了29％,反向电压峰值减小了6.7％,反向恢复时间减小了11％,开关器件的工作损耗降低,折衷性能更加优良;在VF基本相当的情况下,反向恢复软度特性更优.     

采用高真空 /快速热处理 /化学气相淀积外延SiGe HBT结构

采用新近研制的高真空 /快速热处理 /化学气相淀积 (HV/ RTP/ CVD)系统生长了应变 Si Ge材料 .通过仔细设计的处理过程可以得到器件质量的材料 .Ge组分可以变化至 0 .2 5 ,可以得到控制良好的 n型和 p型掺杂层 ,适用于异质结双极型晶体管 (HBT)的制作 .研究了 Si Ge HBT的 n- Si/ i- p+ - i Si Ge/ n- Si结构 .所制作出的微波 HBT性能良好 ,证明了设备和工艺的水平     

Thermally oxidized mesa Schottky barrier diodes

Schottky barriers with a thermally oxidized mesa structure have been fabricated. The fabrication process is described. The mesa structure averts electric field crowding at the barrier periphery. The reverse diode characteristic shows a sharp breakdown at the voltage expected for an ideal, abrupt diode of semi-infinite extent and identical doping concentration.     

Gallium indium arsenide photodiodes

Efficient PIN photodetectors optimised for use at 1.15 μm have been developed employing expitaxially grown Ga_0.7In_0.3As layers on GaAs substrates, with graded composition buffer regions to minimise lattice mismatch. Device geometries can be readily tailored for fibre optic or ranging applications, although the large area photodiodes described here were intended for relatively low frequency ranging systems. Dark currents less than 0.1 μA at 9 volts reverse bias and quantum efficiencies in excess of 80% at 1.15 μm were achieved by employing a simple mesa structure with SiO₂ passivation. In forward bias a diode ideality factor of n = 1.8 was typical corresponding to mixed diffusion and recombination currents. Although the reverse characteristics show leakage dominated currents, the dark current is substantially lower than that of commercially available Ge photodiodes intended for similar applications. Measured rise and fall times of 10 nSec were essentially RC limited into 50 ohm loads, and it is expected that faster devices for fibre optic applications would result by appropriate reduction of device area and background doping level.     

逆导型沟槽FS IGBT的设计与实现

逆导型沟槽场终止绝缘栅双极型晶体管(RC Trench FS IGBT)是一种新型的功率半导体器件,具有成本低、体积小、可靠性高等优点.设计并实现了一款1200V逆导型沟槽FS IGBT.重点研究了逆导型绝缘栅门极晶体管(RC IGBT)特有的回扫现象,以及如何从结构设计上消除回扫现象,其次,对RC IGBT在不同的载流子寿命下,进行了开关特性、反向恢复特性的仿真.研究结果发现随着载流子寿命的降低,其开关时间、反向恢复特性都有一定程度的改善.依据器件的最优化设计进行了流片.测试结果验证了不同设计对电流回扫现象的影响,以及不同少子寿命下导通特性和反向恢复特性的变化规律,器件的性能得到优化.     

The Leakage Current of the Schottky Contact on the Mesa Edge of AlGaN/GaN Heterostructure

A test structure, which is called the ridge-furrow structure, is used to evaluate the leakage current of the Schottky contact on the mesa edge of an AlGaN/GaN heterostructure. The mesa edge leakage currents were measured at different temperatures from 300 to 500 K and analyzed. The conduction-band-edge energy distribution at the mesa edge is simulated by the Integrated Systems Engineering Technology Computer-Aided Design. Based on the simulation results, the electric field strength can be obtained as a function of reverse bias voltage. The mesa edge leakage current is found to agree with the predicted characteristics, which is based on the Frenkel-Poole emission model. Therefore, we believe that the Frenkel-Poole emission dominates the mesa edge leakage at temperatures between 300 and 500 K.     

SiGeC/Si功率二极管的数值模拟与分析

将SiGeC技术应用于功率半导体器件的特性改进,提出了一种新型p (SiGeC)-n--n 异质结功率二极管结构.在分析SiGeC合金材料物理特性的基础上,给出了该结构的关键物理参数模型,并在此基础上利用MEDICI模拟,对比分析了C的引入对器件各种电特性的影响.此外,还模拟比较了不同p 区厚度对器件反向漏电流的影响.结果表明:在SiGe/Si功率二极管中加入少量的C,在基本不影响器件正向I-V特性和反向恢复特性的前提下,大大减少了器件的反向漏电流,并且C的加入还减小了器件特性对材料临界厚度的依赖性,提高了器件稳定性.     

InGaAs焦平面探测器电串音性能的研究

串音与焦平面阵列(FPA)的灵敏度和分辨率密切相关。用模拟的方法定量地计算了In0.53Ga0.47As/InP 探测器焦平面阵列的电串音随光波波长、入射方向和台面的刻蚀深度的变化情况。结果显示：台面结构的器件的串音抑制性能比平面结构的要好;由于材料吸收深度和异质结耗尽层宽度的影响,短波长的光的串音比长波长要小,正照射的串音比背照射要小;另外,当台面的刻蚀深度穿透吸收层厚度时,其电串扰几乎完全被抑制。研究结果提出了相应的InGaAs FPA的低串音设计。     

一种高性能InP基谐振隧穿二极管的研制

设计并用分子束外延技术生长了InP基InGaAs/AlAs体系RTD材料,采用传统湿法腐蚀、光学接触式光刻、金属剥离、台面隔离和空气桥互连工艺,研制出了具有优良负阻特性和较高阻性截止频率的InP基RTD单管，器件正向PVCR为17.5,反向PVCR为28,峰值电流密度为56kA/cm^2,采用RNC电路模型进行数据拟合后得到阻性截止频率为82.8GHz，实验为今后更高性能RTD单管的研制,以及RTD与其他高速高频三端器件单片集成电路的设计与研制奠定了基础。     

Modelling and characterization of the reverse recovery of ahigh-power GaAs Schottky diode

The reverse recovery characteristics of high-power GaAs Schottky rectifiers are reported at various temperatures; mixed device and circuit simulations were used to study the internal plasma dynamics during the reverse recovery process. In this approach, semiconductor transport and heat generation and diffusion equations were solved self-consistently using a two-dimensional (2-D) finite element grid structure under boundary conditions imposed by the measurement circuit. The simulation results are shown to be in good agreement with the measured data at temperatures in the range of 25°C to 125°C. These results are compared with the reverse recovery characteristics of a commercial silicon PIN power rectifier under identical conditions and it is shown that carrier depletion is the dominant mechanism causing the reverse recovery in a GaAs Schottky diode. The reverse recovery power loss is negligible in a GaAs Schottky rectifier and is shown to decrease as the case temperature is increased, contrary to the silicon PIN rectifier behaviour     

Improved device linearity of AlGaAs/InGaAs HFETs by a second mesaetching

The conventional mesa isolation process in AlGaAs/InGaAs heterostructure FETs results in the gate contacting the exposed highly doped region at the mesa sidewalls, forming a parasitic gate leakage path. In this work, we suppress the gate leakage from the mesa-sidewall and enhance microwave power performance by performing an additional second mesa etching. The device gate leakage characteristics under high-input power swing are particularly investigated to reveal an improvement in device linearity, which is sensitive to the sidewall gate leakage. This modified device (M-HFETs) provides not only a higher linear RF output power but also a lower IM3 product than those characteristics in conventional HFETs