金刚石微波功率场效应晶体管

<正>金刚石材料具有高热导率、高击穿场强、高硬度等众多的优异特性,在机械加工、光学系统、核探测器、声表器件、电力电子器件及大功率微波器件等众多领域具有重要的应用价值。由于现实及潜在的巨大军事、经济和技术价值,金刚石材料已经成为21世纪的战略材料之一。受制于金刚石材料外延生长以及材料掺杂技术的制约,一直以来金刚石微波功率器件性能提升非常缓慢。在频率性能方面,虽然2006年金刚石微波器件的电流增益截止频率f_T突破了45GHz,但到2012年器件的f_T也仅提升至53 GHz。在功率性能方面,金刚石微波功率器件在2 GHz下输出功率密度至今依然低于300 mW/mm。     

碳基射频电子器件研究进展

以三维体材料金刚石、二维材料石墨烯和准一维材料碳纳米管为代表的碳基电子材料,分别拥有超宽禁带、超高载流子迁移率、优异的导热性能和机械特性,以及独特的低维结构带来的各种量子效应,在射频大功率、高线性、太赫兹以及光电混频等器件领域,具有技术提升的巨大潜力。分别介绍了这三种典型碳基材料的基本电学特性,聚焦金刚石微波功率器件、石墨烯高频器件和电路以及碳纳米管高线性器件和电路,分析了从材料至器件层面的优势和挑战,并展望了碳基材料成为下一代半导体功能材料的前景。     

半导体金刚石与器件

本文介绍了半导体金刚石材料的结构、光电特性及其器件的特点,总结了与器件制备相关工艺的发展和这种器件的研制历史与现状,同时还指出了金刚石器件走向实用化所需克服的困难。     

SiC半导体材料与器件

阐述了ＳｉＣ材料的结构和性质，系统介绍了相关制备、器件制作的进展，并将ＳｉＣ与Ｓｉ，ＧａＡｓ、金刚石等材料作了比较，强调了ＳｉＣ做为一种接近实用的功率器件材料的优越性，同时指出了为进一步实用化所需解决的问题。     

国外GaN功率器件衬底材料和外延技术研发现状

GaN基功率器件的衬底和外延技术的发展对于器件性能的提升和成本的降低起着非常重要的作用.介绍了国外SiC基、Si基以及新型金刚石基GaN功率器件衬底材料和GaN外延技术的研发现状.重点讨论了大尺寸衬底技术(6英寸SiC衬底、8英寸Si衬底)、GaN HEMT与Si CMOS器件异质集成技术以及金刚石基GaN HEMT材料集成技术的研发进展.分析了GaN功率器件材料技术的发展趋势,认为更大尺寸更高质量衬底和外延材料制作、外延技术的改进、金刚石等新型衬底材料研发以及GaN基材料与Si材料的异质集成技术等将是未来研究的重点.     

金刚石微波功率晶体管

本文概述了金刚石的材料特性，金刚石晶体管的结构和工艺，预计金刚石微波功率晶体管可在10GHz下，连续输出功率200W，在100GHZ下，连续输出1W。     

SiC 半导体材料与器件（1）

本文介绍了半导体ＳｉＣ材料的结构和特性、材料制备及器件研制的进展，并与Ｓｉ、ＧａＡｓ、金刚石等材料作了比较，强调指出ＳｉＣ做为一种接近实用的高温、高频、高功率和抗辐射器件材料的优越性，同时亦指出ＳｉＣ器件进一步实用化所需解决的问题及应用前景。     

基于金刚石的先进热管理技术研究进展

以GaN为代表的新一代半导体材料具有宽禁带、高电子饱和速率、高击穿场强等优异的电学性能,使得射频、电力电子器件有了具备更高功率能力的可能,目前限制器件功率提升的主要瓶颈是缺少与之匹配的散热手段。具有极高热导率的金刚石已成为提升器件散热能力的重要材料,学术界针对金刚石与功率器件集成的先进热管理技术已经开展了大量有益的研究与探索,但是由于金刚石具有极强的化学惰性和超高的硬度,在实际集成和工艺加工过程中,金刚石-GaN界面容易出现热性能和可靠性问题,甚至会导致器件失效。对金刚石热管理技术的研究进展和存在的问题进行了深入分析,并对未来主要工作方向做了展望。     

金刚石微波功率晶体管

本文概述了金刚石的材料特性、金刚石晶体管的结构和工艺。预计金刚石微波功率晶体管可在10GHz下,连续输出功率200W,在100GHz下,连续输出1W。     

超宽禁带半导体金刚石功率电子学研究的新进展

以SiC/GaN为代表的第三代半导体功率电子学已成为当今功率电子学创新发展的主流,超宽禁带半导体金刚石功率电子学将有可能成为下一代固态功率电子学的代表,受到研究人员的广泛关注。介绍了金刚石功率电子学的最新进展,如金刚石单晶、金刚石化学气相沉积同质和异质单晶外延、金刚石多晶外延、金刚石二极管、金刚石MOSFET、金刚石结型场效应晶体管、金刚石双极结型晶体管、金刚石逻辑电路、金刚石射频场效应晶体管和金刚石上GaN HEMT等。还介绍了金刚石材料的大尺寸、低缺陷和p型及n型掺杂等制备技术,金刚石新器件结构设计,金刚石新器件工艺,转移掺杂H端-金刚石沟道和金刚石/GaN界面热阻等研究成果。分析了金刚石功率电子学的发展由来、关键技术突破和发展态势。     

金刚石电子器件的研究进展

简述了金刚石半导体电气性质,即高击穿电场、宽带隙、高载流子饱和速度、高载流子迁移率和高热导率。回顾了金刚石器件的研究进程。讨论了器件的工作机理,包括掺杂和空穴积累层。详细描述了几种具有潜力的金刚石电子器件,如高压二极管和功率场效应管。尽管金刚石器件研究仍存在一些问题,如掺杂机理复杂,金刚石的单晶尺寸太小等,严重制约金刚石电子的进展,但是由于金刚石是超高功率和高温器件的优良半导体材料,具有替代行波管技术的潜力。当前,CVD金刚石已经大量用于微电子和光电子,包括激光二极管、微波器件、半导体散热器等。     

第四届全国新型半导体功率器件及应用技术研讨会通知北大核心

一、征文范围1.宽禁带(GaN和SiC等)外延材料的结构设计、制备与检测技术;2.功率器件用GaAs和InP外延材料的结构设计、制备与检测技术;3.基于金刚石、石墨烯的功率器件的结构设计、加工与测试技术;4.微波功率器件的结构设计、加工与测试技术;5.电力电子器件的结构设计、加工与测试技术;6.特种高功率半导体器件的结构设计、加工与测试技术;7.功率器件的封装和可靠性技术;8.功率器件的系统集成技术;     

高温半导体器件的研究现状

金刚石和碳化硅的热特性及电特性决定了它们在电子器件半导体材料中具有最高的材料优质系数，特别适用于在高温环境中应用。本文重点或介绍了金刚石、ＳｉＣ的材料特性、薄膜生长技术和最近器件的研究结果，同时给出了目前存在的问题及解决这些问题的方法。     

GaN基HFET电力电子器件的研究

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基HFET功率器件具耐高压、高频、导通电阻小等优良特性,在电力电子器件方面也具有卓越的优势。概述了基于电力电子方面应用的AlGaN/GaN HFET功率器件的研究进展。从器件的结构入手,介绍了AlGaN/GaN HEMT的研究现状,从栅材料的选取以及栅介质层的结构对器件性能的影响着手,对AlGaN/GaN MIS-HFET的研究进行了详细的介绍。分析了场板改善器件击穿特性的原理以及各种场板结构AlGaN/GaNHFET器件的研究进展。论述了实现增强型器件不同的方法。阐述了GaN基HFET功率器件在材料、器件结构、稳定性、工艺等方面所面临的挑战。最后探讨了GaN基HFET功率器件未来的发展趋势。     

微结构对CVD金刚石X射线探测器电性能的影响

制备了结构为Au/金刚石膜/Si/Al的光导型X射线探测器,研究了金刚石膜微观结构对器件暗电流-电压特性、电流-温度特性以及在稳态X射线辐照下响应特性的影响.研究表明,采用[001]结构金刚石膜制备的器件具有较大的暗电流和X射线响应.在高于500K的温度区域内,随着温度的上升,器件暗电流以指数式上升,这可能与Si占据金刚石格点产生1.68eV的激活能有关.     

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。     

真空微电子器件发射体材料研究概况

改善真空微电子器件发射体材料的性能，有助于大大提高真空微电子器件的性能。本文概述了近年来真空微电子器件发射体材料研究状况，认为目前对金属薄膜材料，合金材料，金刚石薄膜，碳化物，硅化物等的场发射特性的研究工作，将产生一些性能优异的发射体材料。     

SiC JFET功率特性的仿真与优化

建立了常关型SiC结型场效应晶体管(JFET)功率特性的数值模型,研究了不同的结构和材料参数对器件功率特性的影响。仿真结果显示,沟道层、漂移层等各层的厚度及掺杂浓度对器件的开态电阻和击穿电压都有明显的影响;采用电流增强层可以明显提高器件的功率特性。研究结果表明,对SiC JFET的结构参数进行优化,可以有效提高器件的优值(FOM)。     

微波功率器件及其材料的发展和应用前景

本文介绍了微波功率器件的发展和前景,对HBT、MESFET和HEMT微波功率器件的材料的特点和选取,以及器件的特性和设计做了分类说明。着重介绍了SiGe合金、InP、SiC、GaN等新型的微波功率器件材料。并对目前各种器件的最新进展和我国微波功率器件的研制现状及与国外的差距做了概述与展望。     

高频横向功率MOSFET器件的特性评述

高频横向功率MOSFET是目前用于高压集成、功率集成的重要器件。本文对该器件的特性进行了评述。提供了各种LDMOS结构及其发展趋势,评述了不同结构的特性并与其它功率MOS器件进行了比较。