高压SiC器件封装用有机硅弹性体高温宽频介电特性分析

有机硅弹性体因具有良好的绝缘性与耐高温的特性,广泛应用于高频、高压、高温工况下的SiC器件中.在宽频率、宽温度范围内,有机硅弹性体材料的介电性能对SiC器件内部电场分布产生极大影响,因此该文采用频域介电谱分析方法获得了宽频(10?2～107Hz)、宽温度(20～280℃)范围内的有机硅弹性体介电特性数据,掌握有机硅弹性体在不同频率、温度条件下的介电弛豫过程,在此基础上,采用改进Cole-Cole模型对有机硅弹性体的弛豫特性进行分析,获得温度对有机硅弹性体介电响应过程与介电特征参数的影响规律.研究结果表明,随频率上升,复介电常数实部明显下降并趋于稳定,复介电常数虚部呈现先下降后上升到达峰值的趋势.在高温低频条件(160℃以上,100Hz以下)下,有机硅弹性体材料出现明显的低频弥散现象,280℃下观测到了电荷扩散过程的出现;不同温度下Cole-Cole模型特征参数中直流电导率σdc、弛豫强度Δε 与低频弥散强度ξ 与温度的关系满足Arrhenius方程规律;高频介电常数ε∞随温度升高而降低,与温度近似呈线性变化;弛豫时间τ 在高温下随温度上升具有明显指数型下降趋势,其机理可利用双势阱模型描述.该文获得的有机硅弹性体宽频、宽温度范围内的介电特性可以为SiC器件封装绝缘设计提供数据支撑.     

熔融KOH腐蚀4H-SiC外延层的研究

SiC作为一种宽禁带半导体材料,在高温、高压和大功率应用领域具有巨大的应用潜力,可促进全球能源互联网建设。掌握SiC材料缺陷控制技术以及对缺陷的表征和统计是SiC电力电子器件发展的必要前提。使用熔融KOH对4H-SiC外延层进行腐蚀处理,分析腐蚀机制,并研究腐蚀温度和时间对外延层中缺陷的影响。通过光学显微镜对外延层中缺陷进行观察,研究位错腐蚀坑形成机制,并根据腐蚀坑形貌进行分类,获得4H-SiC外延层腐蚀的最优温度以及腐蚀时间与缺陷腐蚀坑形貌的关系。     

基于多物理场仿真的平面封装SiC模块长寿命设计

碳化硅(silicon carbide,SiC)功率模块热流密度剧增,将严重影响SiC模块长期工作的可靠性。这是因为多种封装材料与芯片之间热膨胀系数差异显著,以及高热流密度带来的高温变梯度会产生显著热应力和应变。尤其对于平面型封装结构的SiC模块来说,其热失配应力效应更加显著,极易造成连接层的疲劳失效。因此,亟需仿真并优化SiC模块的应力和应变分布,提高其工作寿命。该文运用多物理场耦合的有限元仿真方法,首先研究烧结银层和缓冲层对平面封装SiC模块中多层烧结银互连温度和应力的影响规律;通过响应面优化方法同时对多个变量进行优化设计,实现降低芯片和烧结银互连的温度和应力;根据修正的Coffin-Manson方程实现对烧结银平面封装SiC模块的疲劳寿命预测,验证了封装结构应力优化可有效延长SiC模块寿命的设想。     

半导体材料离子注入后的电子束退火

渗杂工艺是制造半导体器件必不可少的工序,目前广泛采用的是扩散法,这是一种在高温下利用分子扩散的原理向晶体中渗入杂质的方法。这种方法的缺点是不能严格地控制扩散深度和浓度,还会产生杂质的横向扩散。故无法得到平整的结面,也难以获得浅结和窄的基区,因而限制了器件工作频率和集成度的提高。用离子注入法渗杂,不仅克服了扩散法固有的缺陷,还可以得到特殊的杂质浓度分布和大面积的均匀准确注入。然而,离子注入渗杂也带来了新的问题,即高能量的杂质离子被注入到晶体内时,离子与晶格碰撞,造成品格损伤,单晶表面出现无序层和位错。把离子注入后的晶片进行热处理,可以消除晶格损伤,使被注入的杂质电激活。现行的办法是用退火炉退火,晶片在退火炉内被加热到很高的温度(通常为600—1000℃),经较长时间(半小时至一小时)的处理,方能退火。整个晶片被长时间高温加热,引起衬底性质发生变化,晶片还会受到周围有害杂质的污染,也会因高温造成热变形,被注入的杂质也会产生再分布。这种电炉退火的电激活率低,通常只有50%,位错也不能完全消除。这些问题若得不到解决,离子注入渗杂的优点也就难以完全得到发挥。     

再生光栅高温应变加载特性研究

采用244 nm氩离子激光制作25 mm种子光栅,对种子光纤布拉格光栅(FBG)加载60με,并使用超高温箱式炉对种子光栅进行不同温度条件下的快速高温退火处理。实验结果表明,加载60με时,种子光栅在800℃条件下进行快速退火时,再生过程进行较缓慢,且存在再生不彻底的问题;当温度超过900℃,种子光栅再生现象明显,且900℃和1 000℃高温条件下施加拉力后中心波长不稳定,随时间成二次函数关系。当拉力恒定时,高温条件下应变加载导致光纤伸长,引起中心波长的红移,且温度越高,中心波长漂移量也越大。     

无取向硅钢消除应力退火后粘结影响因素研究

以某压缩机电机铁芯用无取向硅钢为研究对象,探讨冲裁毛刺大小、表面涂层厚度、表面粗糙度、力学强度、消除应力退火温度及气氛等因素对退火后粘结的影响。利用激光共聚焦显微镜分析表面粗糙度,采用SEM观察研究涂层的表面形貌及成分。结果表明:粘结是由边缘毛刺退火后相互勾连所致;涂层厚度越薄,退火后粘结越严重;在一定的范围内,粘结程度随着表面粗糙度增大而减小,随着退火氧化气氛比例及退火温度升高,粘结程度增加;相同牌号力学强度越低,冲片毛刺越大,退火后层间粘结越严重。     

高温退火工艺对取向硅钢底层质量的影响

高温退火工序是影响取向硅钢底层质量的重要环节。研究了高温退火过程中一次均热温度和时间、二次升温速率及不同气氛条件对取向硅钢底层质量的影响。结果表明:较低的一次均热温度(530~630℃)、较长的一次均热时间(30 h及以上)、较低的二次升温速率(12℃/h)及相对较高的氢气含量气氛条件(75%H2+25%N2)有助于形成良好的硅酸镁底层。     

铝阳极最佳退火温度的研究

通过添加适量的Ga、In、Sn、Bi、Pb和Mn等合金元素,制备了活性优良的铝合金阳极;采用极化曲线测试结合扫描电子显微镜分析技术,研究了退火对铝合金阳极的活性的影响.结果表明:退火温度低于400℃时,晶体缺陷的大量减少是导致铝阳极活性变化的主导因素,活性随退火温度提高而降低;退火温度高于400℃后,铝阳极析出大量固溶体,成为导致活性变化的主导因素,活性随退火温度提高而增强.整个退火过程中,晶体缺陷的变化对铝阳极活性改变影响最大.铝合金阳极的退火最佳温度为550℃.     

组织和织构对无取向电工钢50W1300磁导率影响

为研究退火温度对低牌号电工钢50W1300磁导率影响规律,通过观察试样的显微组织、织构形成特征及组分,研究了成分、组织及织构对磁导率的影响。结果表明:降低的杂质元素含量、粗大的晶粒尺寸和较低的铁损是保证获得高磁导率重要条件;退火态再结晶有利于织构组分强度的提高,能够明显提高磁导率且能获得良好的综合磁性能。     

针对碳化硅器件的高频逆变器缓冲电路设计

由于大功率、高频高温等运行环境的需求,碳化硅(SiC)器件成为新一代半导体器件的代表,但其尖峰问题一直制约着这一新型器件的发展。以SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)为研究对象,着重从逆变器中运用SiC器件的方面来进行尖峰问题的研究,分析了SiC MOSFET在开关过程中产生尖峰和振荡的原因,通过增加RC缓冲电路的方法对SiC的尖峰和振荡问题进行优化,结果证明RC缓冲电路可以降低SiC器件产生的尖峰和振荡。通过多组实验进行数据曲线的拟合,确定了RC缓冲电路中缓冲电容与缓冲电阻的关系表达式。     

退火温度对薄规格35W440电工钢织构和磁性能影响规律研究

研究了退火温度对薄规格35W440电工钢织构和磁性能的影响规律。结果表明:连续退火温度的改变可以明显影响产品磁性能,随着退火温度的提高,对应的铁损P1.5/50呈下降趋势,高温段下降缓慢;磁感B50基本呈单调递减,但在高温阶段下降缓慢;退火温度对成品织构类型影响较小,但对相应的织构组分强度影响较大。     

湿污绝缘子发热及污秽放电机理

为明晰湿污绝缘子表面温度分布与干燥带及干燥带电弧间的作用关系,实验研究了湿污盘式绝缘子表面温度分布受各相关因素影响的规律。由湿污绝缘子发热及传热的研究得到了湿污绝缘子表面温度分布及表面电阻率、分布电压、风等对于温度分布的影响规律,Ⅳ级污秽瓷质绝缘子表面不同部位的温度差值达7.2℃;由分析污层水分蒸发速率与温度的关系、污秽物吸湿特性,得到了污层干燥带产生条件及表面电阻率、分布电压、风速、海拔高度等对干燥带形成的影响规律;由分析分布电压与干燥带电压、剩余湿污层电压的数学关系,得到了干燥带电弧产生条件;对干燥带电弧临界电压变化规律的研究可知干燥带宽度从1 mm增加到8 mm时,干燥带电弧临界电压增加了20 k V。以上研究的结果表明,局部温度越高、海拔高度越高,其饱和蒸气压与环境水气压的差值则越大,越容易形成干燥带;在环境湿度较大且无风的情况下更容易产生干燥带电弧。上述研究可以为绝缘子设计与污闪防治等工作提供依据。     

高温燃烧微库仑法检测抗燃油氯含量的方法研究

介绍采用高温燃烧微库仑法检测抗燃油氯含量的原理,并进行了检测条件优化试验,得出转化率与主要影响因素如温度、增益、取样电阻、载气流速、氧气流速、偏压、进样量等的关系。在优化试验得出的最佳试验条件下对高温燃烧微库仑法进行了重复性测试和回收率测试,结果表明高温燃烧微库仑法检测抗燃油氯含量具有精密度和准确度高、分析速度快、干扰少、仪器设备费用少、维护工作量小等优点。     

储煤筒仓内煤体温度场数值模拟及温度测点布置优化

为了优化储煤筒仓壁面安装的温度测点布置方案,针对某电厂储煤筒仓,采用数值模拟的方法,通过在筒仓内设置高温热源,模拟煤自燃时筒仓内部温度场,获得了在不同热源位置、不同热源温度条件下储煤筒仓内煤体温度分布,并得到了内部热源的温度影响范围以及距热源距离不同时煤体温度分布规律,最后优化电厂储煤筒仓壁面测点布置方案。结果表明:热源温度为80℃时,影响范围主要在2 m以内,当热源温度达到300℃时,热源影响范围远大于5 m,且距离热源2 m处温度已经超过60℃;热源距壁面距离不同时,温度分布规律也是不同的;优化后的测点布置方案可以实现监测区域无盲区,保证储煤筒仓安全运行。     

变电站监控界面自动化构建技术研究

针对智能变电站海量数据对自动化工程施工带来的压力,研究了监控界面的自动化构建技术。针对图形自动化的难点,首先提出对监视界面进行功能分区、对分区内部进行业务分组等设计原则;然后利用功能分区和业务组模板实现绘制的自动化,并通过对模板增加特殊的属性,将监控界面的自动优化问题转化为较为简单的几何关系问题;最后研究了退火算法、退火目标函数和扰动的状态量等,并结合主接线图分布约束,采用退火算法对监控界面的布局进行优化。     

SiC MOSFET短路失效与退化机理研究综述及展望

SiC MOSFET可以大幅提升变流器的效率和功率密度,在高频、高温、高压等领域有较好的应用前景。但是,由于其短路耐受时间短、特性退化现象严重以及失效机理模糊等因素,致使SiC MOSFET的普及应用受到了限制。因此,探究SiC MOSFET短路失效与特性退化的机理,可以为SiC MOSFET器件的应用及其保护电路的设计提供指导,具有重要的研究价值。该文首先归纳SiC MOSFET的短路故障类型,并针对其中一种典型的短路故障进行详细的特性分析。在此基础上,论述SiC MOSFET单次短路故障后存在的两种典型失效模式,综述其在两种失效模式下的失效机理以及影响因素。其次,对SiC MOSFET经历重复短路应力后器件特性退化机理的研究现状进行系统的总结。最后指出当前SiC MOSFET短路失效与特性退化的研究难点,展望SiC MOSFET短路特性研究的发展趋势。     

高能离子注入SiC后的离子分布和损伤程度研究

电力系统对于SiC功率器件的迫切需求使其制造工艺成为研究热点和必须解决的关键问题,掌握离子注入掺杂工艺对于提升SiC功率器件的性能具有重要意义。应用基于蒙特卡洛算法的SRIM程序对高能N、P、B、Al离子在不同能量范围(100~500 kev)和不同剂量范围(1×10~(13)~1×10~(16) cm~(–2))注入SiC的微观过程进行模拟,分析注入离子在SiC中的射程分布、浓度分布以及不同注入条件(离子种类、注入能量、注入剂量)对注入层损伤程度的影响。结果表明:在高能情况下不同注入条件对离子分布和损伤程度的影响效果和影响机制各有不同,在高能情况下,注入能量对损伤程度的影响作用将大大减弱,注入剂量将起主要作用。     

工艺因素对变形CuW70合金组织与性能的影响

研究了对CuW70合金进行不同变形率的变形处理后,在不同退火温度以及环境气氛条件下进行退火处理获得的变形CuW70合金的密度、硬度及电导率的变化情况。用光学显微镜对变形CuW70合金退火处理后的组织进行观察,并通过X-射线衍射分析了变形CuW70合金的物相和成分变化。结果表明:变形CuW70合金在保护气氛(N2、Ar)下经450℃退火处理后能获得较高的电导率和硬度,并且合金组织更均匀,无新相产生。     

铜铝线退火工艺经验浅谈

<正> 众所周知,金属线材在退火过程中与温度、时间和速度均有密切的关系。无论铜单线或铝绞线的退火都有如下规律:退火温度高,时间就短,速度就快,保温及冷却就长;反之则异。但由于线材型号、规格、内部应力、排线松紧、受热的距离、成盘成圈线的装料量等的差异,故需要有不同的退火时间,才能获得所需的各种退火性能。现举例如下。     

存储条件对磷酸铁锂锂离子电池性能的影响

从温度和荷电状态因素出发,研究了磷酸铁锂(LiFePO_4)正极锂离子电池存储后内阻、开路电压和容量的变化。高温45℃和满电态存储都会加速电池内阻的增大,但高温45℃的影响更大;电池在进行满电态或空电态存储时,开路电压变化受温度、存储时间和内阻等因素的影响较大;高温45℃会加速满电态电池在存储初期的不可逆容量损失。电池存储时,应避免高温和满电态两种条件的同时存在。