基于宽禁带半导体材料氮化镓的原子力显微镜分析

微波功率器件在无线通信技术领域扮演着重要角色,而宽禁带半导体材料对微波功率器件的研究起着关键作用。氮化镓作为宽禁带半导体的代表,具有介电常数小、载流子饱和速率高、热导率高等优良特性。文章通过对氮化镓外延材料进行深入的原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)分析,能够更精准地表征氮化镓外延材料,从而助力微波功率器件的发展。     

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。     

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。     

新型半导体功率器件在现代雷达中的应用研究(Ⅱ)

4 宽禁带半导体功率器件的发展背景 宽禁带半导体功率器件的发展是在宽禁带半导体材料发展的基础上发展起来的,其迅速发展的主要原因之一是源于美国军方的兴趣,尤其是2002年美国国防先进研究计划局(DARPA)通过并实施了宽禁带半导体技术计划(WBGSTI),该计划极大地推动了宽禁带半导体技术的发展.     

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.     

新型半导体功率器件在现代雷达中的应用研究(Ⅰ)

目前第一代半导体功率器件的制造技术和应用技术已趋于成熟,S波段及以下波段功率器件的输出功率、工作效率和可靠性指标都已达到相当高的水平。近年来第二代半导体功率器件的制造技术和应用技术发展迅速,S波段、C波段和X波段的器件已经形成了一定的系列化商品。但是面对现代雷达等新一代电子装备的需求,半导体功率器件在高功率、高效率和高频率等方面与真空管器件相比仍逊色许多,Si和GaAs功率器件的输出功率工作频率短期内不大可能有大的提高,而第三代半导体功率器件——宽禁带半导体器件固有的宽禁带、高击穿场强和良好的热稳定性等特性,决定了其可以输出更高功率、工作在更高频率、具有更高效率,并可更好地满足现代雷达的要求。     

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。     

宽禁带半导体功率器件

阐述了宽禁带半导体的主要特性与ＳｉＣ、金刚石等主要宽禁带半导体功率器件的最新发展动态及其存在的主要问题,并对其未来的发展作出展望。     

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.     

Si基GaN功率器件的发展态势

宽禁带半导体材料GaN作为第三代半导体材料具有传统半导体材料所不具备的优异性能,在高频、高压、高温和大功率器件领域具有重要的应用。介绍了硅基GaN(GaN-on-Si)器件提高性能的技术路线,以及与之相关的材料集成技术。     

Future navy application of wide bandgap power semiconductor devices

An assessment of future U.S. Navy electrical power requirements is presented to identify wide bandgap power device application opportunities, issues, and challenges. An emphasis is placed on blocking voltage and the potential of wide bandgap power semiconductor devices to enable higher voltage machines that can meet the U.S. Navy's future electrical power challenges. Estimates of the blocking voltage and power requirements are made for various power systems envisioned for future shipboard application. Blocking voltage estimates are made using a simplified stress level analysis to illustrate the basic concepts underlying power semiconductor device application in U.S. Navy shipboard systems.     

SiC新一代电力电子学的创新发展

进入21世纪,宽禁带半导体材料的发展对电力电子学产生了革命性的影响,SiC新一代电力电子学应运而生.从高频高效率开关应用、高功率密度、高压变换、高温工作、热管理和可靠性研究等方面介绍了近几年SiC电力电子学的应用创新.应用创新的内容包含:电路拓扑结构设计、优化设计方法、SiC功率器件和先进高频无源元件的采用、寄生参量的抑制、驱动电路设计、高温粘结与封装工艺、新冷却方法和极端工作条件的可靠性试验方法等.对SiC电力电子学的应用创新进行了综合评价.     

S波段GaN大功率放大器的设计与实现

本文介绍了基于新型GaN宽禁带半导体材料的大功率器件的特点和优势,采用微波仿真软件ADS对一款S波段的GaNMOSFET进行优化仿真设计,得到了良好的仿真结果,并给出了该功放的实物和测试数据。测试结果表明,该功放适用于2．1～2．7GHz,功率量级为IOOW,连续波和脉冲制式均可工作,对GaNMOSFET功率器件高增益...     

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 and GaN transistors - is there one winner for microwave power applications?

Wide bandgap semiconductors show promise for high-power microwave electronic devices. Primarily due to low breakdown voltage, it has not been possible to design and fabricate solid-state transistors that can yield radio-frequency (RF) output power on the order of hundreds to thousands of watts. This has severely limited their use in power applications. Recent improvements in the growth of wide bandgap semiconductor materials, such as SiC and the GaN-based alloys, provide the opportunity to now design and fabricate microwave transistors that demonstrate performance previously available only from microwave tubes. The most promising electronic devices for fabrication in wide bandgap semiconductors for these applications are metal-semiconductor field-effect transistors (MESFETs) fabricated from the 4H-SiC polytype and heterojunction field-effect transistors (HFETs) fabricated using the AlGaN/GaN heterojunction. These devices can provide RF output power on the order of 5-6 W/mm and 10-12 W/mm of gate periphery, respectively. 4H-SiC MESFETs should produce useful performance at least through X band and AlGaN/GaN HFETs should produce useful performance well into the millimeter-wave region, and potentially as high as 100 GHz.     

The future of bipolar power transistors

Silicon based bipolar power transistor (BPT) as a switching power transistor has been replaced by other superior power devices in the past two decades. This transformation is primarily due to the poor performance of the BPT. Among many problems of the BPT, low current gain and small safe operation area (SOA) caused by the second breakdown have been most detrimental to silicon BPT's fate. However, BPT performance based on newer materials, such as wide bandgap semiconductors, has not been previously studied. This paper systematically compares the BPTs based on wide bandgap semiconductor materials. Device figures-of-merit for conduction and switching losses are proposed. Comparison of the BPT based on total power loss is then provided. Based on this work, it is concluded that BPTs based on wide bandgap materials overcome the critical disadvantages of silicon BPTs, and are capable of switching power operation at several hundred kilohertz frequencies at very high current densities and voltages. Therefore, BPTs based on wide bandgap materials are still very attractive switching power devices for the future     

一种S波段300W固态功率放大器的研制

介绍了一种工程上已经使用的 Ｓ波段,输出脉冲功率大于３００ Ｗ 、工作带宽达 ４００ Ｍ Ｈｚ的固态功率放大器。该功放运用了模块化的设计方法,提高了功放的可靠性。     

SiC/GaN IMPATT二极管的交流性能研究

利用p型宽带隙材料SiC替代p型GaN,制作了一种p-SiC/n-GaN异质结双漂移(DDR)IMPATT二极管.对器件的交流大信号输出特性进行数值模拟仿真.结果表明,相比传统GaN单漂移(SDR)IMAPTT二极管,p-SiC/n-GaN新结构DDR器件的击穿电压、最佳负电导、交流功率密度和直流-交流转换效率都获得了...     

S波段空管雷达2. 2 kW固态功放组件的设计

与传统功放组件的设计不同,空管雷达功放组件具有高功率、智能化的特点.文中以空管雷达功放组件的设计为例,论述了发射链路设计、BITE功能设计、冷却设计、结构技术、电磁兼容性设计等设计中的关键问题.提供了一些解决方法,并已在空管雷达发射机中使用,具有广阔的工程应用前景.