1kW宽带线性SiC功率放大器设计

简述了SiC宽禁带半导体材料的特性,通过与传统Si半导体材料相比较,该材料在击穿电场强度、截止频率、热传导率、抗辐射能力、结温和热稳定性等方面具有明显优势。SiC宽禁带功率器件在输出功率、功率密度、工作频率、环境适应性等方面具有卓越的性能,在雷达发射机中有良好的应用前景。文中利用SiC宽禁带功率器件设计制作了L波段1 kW功率放大器,对SiC宽禁带功率放大器进行了性能测试,根据实验数据分析了SiC宽禁带功率器件对固态雷达发射机性能的改善。     

SiC宽禁带功率放大器的设计与实践

介绍了SiC宽禁带功率器件的特性,与Si功率器件相比,该器件在输出功率、功率密度、工作频率、工作带宽、环境适应性、抗辐射能力等方面有卓越的性能.利用SiC宽禁带功率器件设计制作了L波段100W功率放大器.对SiC宽禁带功率放大器进行性能测试和环境实验,分析了SiC宽禁带功率器件的性能特点和优势.SiC宽禁带功率器件有利于提高功率放大器的工作带宽,改善功率放大器的环境适应性.     

基于SiC 三代半导体技术的T/R 组件功率放大电路设计

本文介绍了SiC宽禁带功率器件的特性及其在相控阵雷达中的应用情况,与Si功率器件相比,该器件在输出功率、功率密度、工作频率、工作带宽、环境适应性、抗辐射能力等方面有卓越的性能。并以SiC RF Power MESFET CRF24010在T/R组件功率放大电路上的应用为实例,详细介绍了SiC宽禁带功率放大电路的设计过程,包括直流偏置设计、稳定性设计、谐波阻抗优化设计、输出功率与效率的仿真,并对实际电路进行测试。本文可以为有源相控阵天线的设计提供工程应用上的参考。     

三代半导体功率器件的特点与应用分析

以S i双极型功率晶体管为代表的第一代半导体功率器件和以GaAs场效应晶体管为代表的第二代半导体功率器件为雷达发射机的大规模固态化和可靠性提高做出了贡献。近年来以S iC场效应功率晶体管和GaN高电子迁移率功率晶体管为代表的第三代半导体--宽禁带半导体功率器件具有击穿电压高、功率密度高、输出功率高、工作效率高、工作频率高、瞬时带宽宽、适合在高温环境下工作和抗辐射能力强等优点。人们寄希望于宽禁带半导体功率器件来解决第一代、第二代功率器件的输出功率低、效率低和工作频率有局限性以至于无法满足现代雷达、电子对抗和通信等电子装备需求等方面的问题。文中简要介绍了半导体功率器件的发展背景、发展过程、分类、特点、应用、主要性能参数和几种常用的半导体功率器件;重点叙述了宽禁带半导体功率器件的特点、优势、研究进展和工程应用;对宽禁带半导体功率器件在新一代雷达中的应用前景和要求进行了探讨。     

宽禁带半导体SiC功率器件发展现状及展望

碳化硅(SiC)是第三代半导体材料的典型代表,也是目前晶体生长技术和器件制造水平最成熟、应用最广泛的宽禁带半导体材料之一,是高温、高频、抗辐照、大功率应用场合下极为理想的半导体材料.文章结合美国国防先进研究计划局DARPA的高功率电子器件应用宽禁带技术HPE项目的发展,介绍了SiC功率器件的最新进展及其面临的挑战和发展前景.同时对我国宽禁带半导体SiC器件的研究现状及未来的发展方向做了概述与展望.     

碳化硅功率器件高密度互连技术研究进展

相比于硅,SiC材料因具有宽禁带、高导热率、高击穿电压、高电子饱和漂移速率等优点而在耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件中得到了广泛应用。传统的引线键合是功率器件最常用的互连形式之一。然而,引线键合固有的寄生电感和散热问题严重限制了SiC功率器件的性能。文章首先介绍了硅功率器件的低寄生电感和高效冷却互连技术,然后对SiC功率器件互连技术的研究进行了综述。最后,总结了SiC功率器件互连技术面临的挑战。     

S波段系列SiC MESFET器件研制

SiC材料具有宽禁带、高电子饱和漂移速度、高击穿电压、高热导率和相对低的介电常数等优点,使SiC MESFET在微波功率等方面的应用得到了快速发展。采用国产SiC外延片,解决了欧姆接触、干法刻蚀及损伤修复等一系列工艺难题;针对不同应用背景,研制出总栅宽分别为1、5、15、20mm系列SiC MESFET样管。在2GHz脉冲状态下,300μs脉宽、10%占空比、20mm栅宽器件单胞输出功率超过80W,功率密度大于4W/mm;15mm栅宽器件在3.1~3.4GHz频带脉冲功率输出超过30W。该研究结果为SiC器件的实用化奠定了基础。     

碳化硅器件发展概述

概要介绍了第三代半导体材料碳化硅(SiC)在高温、高频、大功率器件应用方面的优势,结合国际上SiC肖特基势垒二极管,PiN二极管和结势垒肖特基二极管的发展历史,介绍了SiC功率二极管的最新进展,同时对我国宽禁带半导体SiC器件的研究现状及发展方向做了概述及展望。     

SiC电力电子器件喷薄欲发

以Si为代表的传统半导体电力器件可满足电力电子对功率大、工作速度快、通态电阻小、驱动功率低等方面的应用要求。但是,只有SiC等宽禁带半导体材料才能根本上解决电力电子对高击穿电压高工作温度等方面的要求,并有可能省去过流、过压、过温等保护装置。这主要归功于SiC具有很高的击穿场强良好的热导率和热稳定性。     

功率MOSFET的研究与进展

器件设计工艺、封装、宽禁带半导体材料和计算机辅助设计4大技术的发展进步使得功率MOSFET的性能指标不断达到新的高度。超级结技术使得高压功率MOSFET的导通电阻大大降低,降低栅极电荷和极间电容的改进沟槽工艺和横向扩散工艺技术进一步提高了低压功率MOSFET的优值因子,中小功率MOSFET继续朝着单片集成智能功率电子发展。功率MOSFET封装呈现出集成模块化、增强散热性和高可靠性的特点。基于宽禁带半导体材料SiC和GaN的功率MOSFET具有高温、高频和低功耗等优异性能,计算机辅助设计工具引领功率MOSFET在工艺设计、制造和电路系统应用方面快速发展。     

SiC 器件在雷达电源中的应用

现代雷达的发展迫切需要电源提升功率密度和效率。基于第三代半导体碳化硅(SiC)材料的功率器件在耐压等级、高频工作、高温性能等方面有较大优势。文中详细阐述了SiC 器件的特性和各类型SiC 功率器件的发展现状,分析了SiC功率器件在雷达电源中的应用方向,并基于SiC 金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)设计了阵面电源样机,完成了高开关频率性能测试。实验结果表明:SiC MOSFET 的高频工作能降低系统损耗,并提升电源功率密度。     

对有源相控阵雷达的一些新要求与宽禁带半导体器件的应用

讨论对有源相控阵雷达和T／R组件的一些新要求。宽禁带半导体材料与器件的主要性能与特点在文中作了简要介绍。宽禁带半导体器件在有源相控阵雷达中的潜在应用在文中也进行了讨论。     

宽禁带半导体材料技术

宽禁带半导体材料是一种新型材料,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高等特点,非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成电子器件;利用其特有的禁带宽度,还可以制作蓝光、绿光、紫外光器件和光探测器件,能够适应更为苛刻的生存和工作环境。在宽禁带半导体材料中,具有代表性的是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、金刚石以及氧化锌(ZnO),综合叙述了这些材料的特性、发展现状和趋势;并介绍了SiC、GaN、ZnO材料的应用情况和代表性器件的研究进展。     

Impact of wide bandgap microwave devices on DoD systems

Radiofrequency (RF) semiconductor electronics enable military systems that operate in the microwave and millimeter wave frequency bands of 1-100 GHz. The performance of numerous electromagnetic systems could be enhanced by the inclusion of wide bandgap (WBG) microwave and millimeter wave devices, either as power amplifier or receiver elements. The demonstrated power performance has generally been six to ten times that of equivalent gallium arsenide or indium phosphide devices up through 20 GHz, with enhanced dynamic range and improved impedance matching. These characteristics provide an opportunity to significantly reduce the number of modules required for many active aperture antenna systems, hence, cost, while enabling new capabilities for shared apertures. Prior to realization of any WBG system deployment, however considerable development and maturation of WBG materials, devices, and circuits must yet ensue.     

A 1-MHz hard-switched silicon carbide DC-DC converter

Silicon Carbide (SiC) is a wide bandgap semiconductor material that offers performance improvements over Si for power semiconductors with accompanying benefits for power electronics applications that use these semiconductors. The wide bandgap of SiC results in higher junction forward voltage drops, so SiC is best suited for majority carrier devices such as field effect transistors (FETs) and Schottky diodes. The wide bandgap of SiC results in it having a high breakdown electric field, which in turn results in lower resistivity and narrower drift regions in power devices. This dramatically lowers the resistance of the drift region and means that SiC devices with substantially less area than their corresponding Si devices can be used. The lower device area reduces the capacitance of the devices enabling higher frequency operation. Here, the results from a 1-MHz hard-switched dc-dc converter employing SiC JFETs and Schottky diodes will be presented. This converter was designed to convert 270Vdc to 42Vdc such as may be needed in future electric cars. The results provide the performance obtained at 1MHz and demonstrate the feasibility of a hard-switched dc-dc converter operating at this frequency.     

SiC宽带功率放大器模块设计分析

功率放大器是射频前端中的关键部件,宽带是目前功率放大器的主要发展趋势。基于碳化硅(SiC)宽禁带功率器件,利用ADS仿真软件,依据宽带功率放大器的各项指标进行电路的设计、优化和仿真,制作了500~2 000 MHz波段宽带功率放大器,并对放大器进行了性能测试和环境实验。测试结果表明利用该方法设计宽带功率放大器是可行的,SiC宽禁带功率器件具有较宽的工作带宽。     

碳化硅电力电子器件及其制造工艺新进展

评述了各种碳化硅电力电子器件研究开发的最新进展及其发展前景,指出碳化硅的优势不仅仅限于能提高功率开关器件的电压承受能力、高温承受能力和兼顾频率与功率的能力,还在于能大幅度降低器件的功率损耗,使电力电子技术的节能优势得以更加充分地发挥.针对碳化硅材料的特殊性和实现碳化硅器件卓越性能的需要,分析了器件工艺当前亟待解决的问题.     

Advances in SiC power MOSFET technology

In recent years, SiC has received increased attention because of its potential for a wide variety of high temperature, high power, high frequency, and/or radiation hardened applications under which conventional semiconductors cannot adequately perform. For semiconductor devices designed to operate in these harsh conditions, SiC offers an unmatched combination of electronic and physical properties. The availability of SiC wafers on a commercial basis has led to the demonstration of many types of metal-oxide semiconductor (MOS)-gated devices that exploit its unique properties. To which extent the potential of SiC power MOSFET can be utilized is a question of appropriate SiC polytype, device structure, MOS interface quality and maturity of the technology. This paper reviews the present status of the SiC power MOSFETs technology that is approaching commercialization. Emphasis is placed upon the impact of SiO₂–SiC interface quality on the performance of SiC MOSFETs.