一种新型鳍状栅极LDMOS功率器件的设计

本文设计了一种具有新型鳍状栅极结构的LDMOS功率开关器件(FG-LDMOS),该器件在导电沟道处纵向刻蚀一组浅沟槽,再经热氧化后填充作为场板的多晶硅。鳍状栅极结构在不改变器件尺寸情况下,增大了沟道的有效宽度,增强了场板效应。通过Silvaco TCAD仿真验证,结果表明FG-LDMOS较传统LDMOS具有更好的电学特性,如击穿电压提高了25％达到100 V,比导通电阻Ron.sp降低了25％至2.68 mΩ?cm2,品质因数FOM提高了94.5％到3.58 MW/cm2。此外该FG-LDMOS拥有优异的高频开关特性,其栅漏电容CGD降到了0.46×10-16 F/μm,跨导gm升至0.26 mS。     

GaN基SBD功率器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基肖特基势垒二极管(SBD)功率器件具有耐高温、耐高压和导通电阻小等优良特性,在功率器件方面具有显著的优势。概述了基于功率应用的GaN SBD功率器件的研究进展。根据器件结构,介绍了基于材料特性的GaN SBD和基于AlGaN/GaN异质结界面特性的GaN异质结SBD。根据器件结构对开启电压的影响,对不同阳极结构器件进行了详细的介绍。阐述了不同的肖特基金属的电学特性和热稳定性。分析了表面处理,包括表面清洗、表面等离子体处理和表面钝化对器件漏电流的影响。介绍了终端保护技术,尤其是场板技术对击穿电压的影响。最后探讨了GaN基SBD功率器件未来的发展趋势。     

IR成功研制GaN功率器件技术平台

International Rectifier（IR）公司日前宣布,他们已成功研制出具有革命意义的基于氮化镓（GaN）材料的新一代功率器件技术平台,该平台将为诸多领域内的关键应用提供强力支持。     

一种具有双异质结的氮化镓高压肖特基二极管

基于GaN/AlGaN/GaN-on-Si材料,研制了一种高压低功耗新型肖特基二极管(SBD).由于异质结的极化效应,在AlGaN/GaN界面会产生高浓度的二维电子气(2DEG),在GaN/AlGaN界面产生二维空穴气(2DHG).首先,在正向阻断时,随着偏压的升高,2DEG和2DHG被完全耗尽,在界面处留下固定的正/...     

一款100V的GaN HEMT功率器件及其温度特性

功率器件应用于航空航天等领域,可以起到功率转换、开关控制等作用。以GaN为代表的宽禁带半导体材料器件已逐渐地成为新型功率器件的不二选择。介绍了一款p型GaN栅的100 V GaN HEMT功率器件,给出了该器件各项参数的仿真情况、常态测试参数和三温实验数据,并给出了仿真结果与器件实测结果的对比情况。相较于25℃,在125℃环境温度下,器件阈值电压漂移-0.1 V;在-55℃环境温度下,阈值电压漂移+0.1 V;在-55～125℃全温范围内,器件击穿电压没有明显的变化,均为108 V。说明该GaN HEMT器件有较强的全温范围适应能力。     

二极管的功率损耗分析和计算

电子元器件在工作状态都存在着一定的功率损耗,二极管也不例外,尤其是功率二极管,其功率损耗更为显著。本文通过对功率二极管工作周期过程的剖析,详细阐述了二极管的功率损耗来源、组成极其详细的数学计算模型。     

Ar离子注入边缘终端准垂直GaN肖特基势垒二极管

为了研究离子注入边缘终端对准垂直GaN肖特基势垒二极管性能的影响,对器件进行了二维模拟仿真,分析了终端区域尺寸对肖特基结边缘处峰值电场及正向特性的影响,得到了宽度5μm、厚度200 nm的最优终端区域尺寸.基于工艺仿真软件设计了Ar离子注入工艺参数,依次以30keV、5.0×1013 cm-2,60 keV、1.5×1014cm-2和 140 keV、4.5×1014cm-2的注入能量和注入剂量进行多次注入,形成了Ar离子终端结构.采用Ar离子注入终端的GaN二极管的反向击穿电压从73 V提高到146 V,同时注入前后器件正向特性变化不大.结果表明,采用优化尺寸参数的终端结构能够有效降低肖特基结边缘处的峰值电场强度,从而提高器件的反向击穿电压.     

GaN基板上超薄阳极氧化铝的制备

在草酸溶液中对GaN基板上超薄Al膜进行阳极氧化,结合扫描电镜对阳极氧化铝形貌进行表征,系统研究了超薄Al膜的腐蚀条件和氧化过程,以及Al膜的厚度,反应变化时间和实验难度系数之间的关系。多孔状阳极氧化铝的孔径、分布及有序度等对氧化电压、氧化时间、电解液温度和溶液浓度等参数较为敏感。通过深层次的机理分析,给出了相应的合理解释。在此基础上,优化了超薄阳极氧化铝的制备参数,提升了实验的稳定性及重复性,促进了阳极氧化铝在GaN材料和器件中的应用。     

一种超结高压肖特基势垒二极管

改善反向击穿电压和正向导通电阻之间的矛盾关系一直以来都是功率半导体器件的研究热点之一。介绍了一种超结肖特基势垒二极管(SJ-SBD),将p柱和n柱交替构成的超结结构引入肖特基势垒二极管中作为耐压层,在保证正向导通电阻足够低的同时提高了器件的反向耐压。在工艺上通过4次n型外延和4次选择性p型掺杂实现了超结结构。基于相同的外延层厚度和相同的外延层杂质浓度分别设计和实现了常规SBD和SJ-SBD,测试得到常规SBD的最高反向击穿电压为110 V,SJ-SBD的最高反向击穿电压为229 V。实验结果表明,以超结结构作为SBD的耐压层能保证正向压降等参数不变的同时有效提高击穿电压,且当n柱和p柱中的电荷量相等时SJ-SBD的反向击穿电压最高。     

基于氮化镓单晶的垂直p-i-n二极管性能研究

利用高质量自支撑GaN衬底,通过外延方法制备了垂直结构的GaN基p-i-n型二极管结构.通过对材料结构、杂质浓度分布以及对器件整流特性的研究,探究了影响垂直结构器件特性的关键因素.结果 表明,在同质外延的制备过程中,衬底表面的粗糙程度将使制备的环形结构具有不规则形状,这种不规则电极对垂直结构器件的性能将产生不利影响;此外,多种杂质在界面处聚集,进而形成平面漏电通道,是降低器件耐压值的主要因素.     

基于GaN二极管耦合检波的大功率高线性限幅器研究北大核心CSCD

现阶段接收链路的动态功率范围越来越大,对接收机限幅器的线性度带来挑战。要求限幅器在满足高功率的前提下,开启电平尽量高。GaN肖特基二极管具有较低的开启电压和较高的击穿电压,特别适用于高频大功率整流电路。为了满足限幅器高线性和高功率的需求,文章介绍了一种基于横向结构GaN肖特基二极管耦合整流的高线性限幅器。测试结果表明,在0.03~1 GHz频带内,小信号插入损耗小于1 dB,输入输出驻波比小于1.6;开启电平大于17 dBm,可承受连续波100 W的功率,泄露功率小于23 dBm。该限幅器体积小、耐功率高,可广泛应用于大动态接收机中,保证高线性的前提下提升其可靠性。     

功率AlGaN/GaN肖特基二极管结构优化设计

利用Silvaco-ATLAS软件设计了AlGaN/GaN肖特基二极管(SBD)的基本结构,主要针对功率器件的关键参数—击穿电压进行仿真模拟,分析对比了AlGaN/GaN异质结中Al的组分、二极管阳极与阴极的间距Lac、场板的引入和长度以及FP结构下钝化层Si₃N₄的厚度t对二极管击穿特性的影响。结果显示,Lac的增加、场板的引入和FP结构下钝化层厚度t的变化均对二极管的击穿特性有所优化,但同时,Al组分的增加和Lac的增加对二极管引入了不同程度的负面影响。仿真结果对器件的实际制作具有一定的指导意义。     

一种阳极连接P型埋层的AlGaN/GaN肖特基二极管

在传统AlGaN/GaN肖特基二极管中,阳极漏电始终是制约器件耐压提高的一个重要因素。因此文中研究了在缓冲层中生长P型埋层并与阳极相连的AlGaN/GaN肖特基二极管结构 AC-PBL FPs SBD来抑制阳极的泄漏电流。同时,在二极管的两级均加上场板来调制该器件的表面电场分布。经过仿真验证可知,该结构的阳极关断泄漏电流得到了有效抑制,同时辅助耗尽沟道内的2DEG,扩大空间电荷区,进而提高了器件的耐压特性。该结构的击穿电压为733 V,与传统GET SBD器件相比,击穿电压提高了近3.4倍,Baliga优值提升了近11.6倍,说明该器件可以应用在电力电子线路中。     

基于准垂直结构GaN肖特基二极管的S波段限幅器研究

当今高功率微波技术发展迅速,电子设备所面临的威胁巨大。GaN肖特基二极管具有较小的开启电压和较高的击穿电压,特别适用于大功率整流电路。文章介绍了一种基于准垂直结构GaN肖特基二极管整流的高功率微波限幅器。测试结果表明,该限幅器在2～4 GHz频带内,可承受脉宽10μs、占空比1%、峰值超过1000 W的功率;其小信号插损小于1 dB,输入输出驻波比小于1.5。该限幅器插损小、耐功率高,可广泛应用于接收机中以提升其可靠性。     

大功率小垂直发散角980nm量子阱激光器

提出了一种新型非对称宽耦合波导结构,通过理论计算优化了结构中n型波导层和限制层厚度,并采用低压金属有机化学气相沉积方法生长了设计的器件结构.测试了器件的光电特性,1200μm腔长器件的阈值电流为590 mA,斜率效率为0.96 w/A,最大输出功率达2000mW;当注入电流为0.6 A时,其远场发散角为16.1°(θ⊥)×10.2°(θ//).实验结果表明:新型非对称宽耦合波导结构能实现器件大功率输出,有效减小器件远场垂直发散角,改善器件光束质量.     

输出功率密度为2.23W/mm的X波段AlGaN/GaN功率HEMT器件

MOCVD技术在蓝宝石衬底上制备出具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/GaN HEMT材料.高迁移率GaN外延层的室温迁移率达741cm2/(V·s),相应背景电子浓度为1.52×1016cm-3;非有意掺杂高阻GaN缓冲层的室温电阻率超过108Ω·cm,相应的方块电阻超过1012Ω/□.50mm HEMT外延片平均方块电阻为440.9Ω/□,方块电阻均匀性优于96％.用此材料研制出了0.2μm栅长的X波段HEMT功率器件,40μm栅宽的器件跨导达到250mS/mm,特征频率fT为77GHz;0.8mm栅宽的器件电流密度达到1.07A/mm,8GHz时连续波输出功率为1.78W,相应功率密度为2.23W/mm,线性功率增益为13.3dB.     

X-Band GaN Power HEMTs with Power Density of 2.23W/mm Grown on Sapphire by MOCVD

The growth,fabrication,and characterization of 0.2μm gate-length AlGaN/GaN HEMTs, with a high mobility GaN thin layer as a channel,grown on (0001) sapphire substrates by MOCVD,are described.The unintentionally doped 2.5μm thick GaN epilayers grown with the same conditions as the GaN channel have a room temperature electron mobility of 741cm2/(V·s) at an electron concentration of 1.52e16cm-3.The resistivity of the thick GaN buffer layer is greater than 1e8Ω·cm at room temperature.The 50mm HEMT wafers grown on sapphire substrates show an average sheet resistance of 440.9Ω/□ with uniformity better than 96%.Devices of 0.2μm×40μm gate periphery exhibit a maximum extrinsic transconductance of 250mS/mm and a current gain cutoff frequency of 77GHz.The AlGaN/GaN HEMTs with 0.8mm gate width display a total output power of 1.78W (2.23W/mm) and a linear gain of 13.3dB at 8GHz.The power devices also show a saturated current density as high as 1.07A/mm at a gate bias of 0.5V.     

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.     

X波段高输出功率凹栅AIGaN／GaN HEMT

使用自主研制的SiC衬底GaNHEMT外延材料，研制出高输出功率A1GaN／GaNHEMT，优化了器件研制工艺，比接触电阻率小于1．0×10^-6Ω·cm^2，电流崩塌参量小于10％，击穿电压大于80V．小栅宽器件工作电压达到40V，频率为8GHz时输出功率密度大于10W／mm．栅宽为2mm单胞器件，工作电压为28V，频率为8GHz时，输出功率为12．3W，功率增益为4．9dB，功率附加效率为35％．四胞内匹配总栅宽为8mm器件，工作电压为27V时，频率为8GHz时，输出功率为33．8W，功率增益为6．3dB，功率附加效率为41．77％，单胞器件和内匹配器件输出功率为目前国内该器件输出功率的最高结果．