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。     

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宽禁带功率器件在雷达发射机中的应用分析

介绍了SiC宽禁带半导体材料的特性,通过与Si和GaAs半导体相比较,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显著优点。SiC宽禁带功率器件,尤其在输出功率、功率密度、工作频率、工作带宽、环境适应性和总效率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。文章还详细论述了现代雷达对SiC功率器件的具体指标要求。     

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。     

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。     

AlGaN器件欧姆接触的研究进展

作为制备光电子器件例如紫外光子探测器、异质结场效应晶体管(HFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)异质结场效应管等的一种宽禁带半导体材料, III V 族氮化物AlGaN器件近年来颇受关注.AlGaN与金属之间的低阻欧姆接触的实现问题阻碍了AlGaN(基)器件的发展.通过对相关文献的归纳分析,介绍了近年来AlGaN器件在欧姆接触形成、金属化方案、合金化工艺及表面处理等方面的研究进展.     

2～11GHz GaN HEMT功率MMIC

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)以其输出功率密度大、工作电压高和输出阻抗高等特点,在微波通信、雷达等领域有着广泛的应用前景,将成为下一代高频固态微波功率器件.     

高压SiC MOSFET研究现状与展望

碳化硅（Si C）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）作为宽禁带半导体单极型功率器件,具有频率高、耐压高、效率高等优势,在高压应用领域需求广泛,具有巨大的研究价值。回顾了高压Si C MOSFET器件的发展历程和前沿技术进展,总结了进一步提高器件品质因数的元胞优化结构,介绍了针对高压器件的几种终端结构及其发展现状,对高压Si C MOSFET器件存在的瓶颈和挑战进行了讨论。     

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。     

High-temperature electronics - a role for wide bandgap semiconductors?

The fact that wide bandgap semiconductors are capable of electronic functionality at much higher temperatures than silicon has partially fueled their development, particularly in the case of SiC. It appears unlikely that wide bandgap semiconductor devices will find much use in low-power transistor applications until the ambient temperature exceeds approximately 300/spl deg/C, as commercially available silicon and silicon-on-insulator technologies are already satisfying requirements for digital and analog VLSI in this temperature range. However practical operation of silicon power devices at ambient temperatures above 200/spl deg/C appears problematic, as self-heating at higher power levels results in high internal junction temperatures and leakages. Thus, most electronic subsystems that simultaneously require high-temperature and high-power operation will necessarily be realized using wide bandgap devices, once they become widely available. Technological challenges impeding the realization of beneficial wide bandgap high ambient temperature electronics, including material growth, contacts, and packaging, are briefly discussed.     

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     

GaN功率器件栅驱动电路技术综述

第三代宽禁带半导体GaN晶体管具有低导通阻抗、低寄生参数和更快的开关速度,有望取代传统Si MOSFET,成为未来高性能电源系统实现方案。GaN器件的优势在400 V以上高压系统中更为明显,可以实现更高的开关频率和功率密度,显著提高系统的转换效率,特别适合电源模块小型化发展趋势。介绍了200 V以下低压GaN驱动电路的应用和关键技术。分析了从低压系统拓展到400 V以上高压系统时需要作出的优化与改进。详细介绍了高压GaN系统中基于无磁芯变压器耦合隔离的隔离驱动技术和耗尽型GaN负压栅驱动技术。最后,总结了目前高压GaN驱动电路在工业领域的具体应用。     

一种GaN宽禁带功率放大器的设计

氮化镓（GaN）作为第三代半导体材料的典型代表之一,由于其宽带隙、高击穿电场强度等特点,被认为是高频功率半导体器件的理想材料。为研究GaN功率放大器的特点,基于Agilent ADS仿真软件,利用负载／源牵引方法设计制作了一种Si波段GaN宽禁带功率放大器（10W）。详细说明了设计步骤并对放大器进行了测试,数据表明放大器在2．3～2．4GHz范围内可实现功率超过15W,附加效率超过67％的输出。实验结果证实,GaN功率放大器具有高增益、高效率的特点。     

GaN 基材料生长及其在光电器件领域的应用

GaN具有禁带宽，热导率高，电子饱和漂移速度大和介电常数小等特点，在高度亮发光二极管，短波长激光二极管，高性能紫外探测器和高温，高频，大功率半导体器件等领域有着广泛的应用前景。本文介绍了GaN基半导体材料的制备方法，异质结构以及在光电子和微电子器件领域的应用，并讨论了今后的发展趋势。     

1.46~1.66GHz 250W宽带硅微波脉冲大功率管

报道了L波段高端中脉冲250W宽带硅微波脉冲大功率晶体管研制结果.该器件采用微波功率管环台面集电极结终端结构、非线性镇流电阻等新工艺技术,器件在1.46～1.66GHz频带内,脉宽200μs,占空比10%和40V工作电压下,全带内脉冲输出功率大于250W,功率增益大于7.0dB,效率大于45%.