SiGeC/Si异质结二极管特性分析与优化设计

基于异质结理论,提出了一种新型p+(SiGeC)-n--n+异质结功率二极管结构。分析了C对SiGe合金的应变补偿作用的物理机理。利用MEDICI模拟、对比分析了C的引入对器件电特性的影响,并针对不同Ge/C组分比进行优化设计。结果表明:在SiGe/Si功率二极管中加入少量的C,在基本不影响器件正向I-V特性和反向恢复特性的前提下,大大减少了器件的反向漏电流,提高了器件稳定性,而且对于一定的Ge含量存在一个C的临界值,使得二极管具有最小的反向漏电流,该临界值的提出,对研究其它结构SiGeC/Si异质结半导体器件有一定的参考意义。     

SiGeC异质结功率二极管通态特性研究

研究了一种大功率低功耗p+(SiGeC)-n--n+异质结二极管结构,分析了Ge、C含量对器件正向通态特性的影响。结果表明:与常规的Si p-i-n二极管相比,在正向电流密度不超过1000 A/cm2情况下,p+(SiGeC)-n--n+二极管的正向压降有明显的降低。当电流密度为10 A/cm2时,Si p-i-n二极管的压降为0.655 V,而SiGeC异质结二极管的压降只有0.525 V,大大降低了器件的通态功耗。在相同正向电流密度的条件下,SiGeC异质结二极管在n-区存储的载流子比Si二极管的减少了1个数量级以上,这导致前者的关断时间远小于后者。     

超结硅锗功率二极管电学特性的研究

超结SiGe功率开关二极管可以克服常规Si功率二极管存在的一些缺陷,如阻断电压增大的同时,正向导通压降也将增大,反向恢复时间也变长。该新型功率二极管有两个重要特点:一是由轻掺杂的p型柱和n型柱相互交替形成超结结构,代替传统功率二极管的n-基区;二是p+区采用很薄的应变SiGe材料。该器件可以同时实现高阻断电压、低正向压降和快速恢复的电学特性。与相同器件厚度的常规Si功率二极管相比较,反向阻断电压提高了42%,反向恢复时间缩短了40%,正向压降减小了约0.1V(正向电流密度为100A/cm2时)。应变SiGe层中Ge含量和器件的基区厚度是影响超结SiGe二极管电学特性的重要参数,详细分析了该材料参数和结构参数对正向导通特性、反向阻断特性和反向恢复特性的影响,为器件结构设计提供了实用的参考价值。     

基于漏电流补偿技术的超低漏电模拟开关

为满足各种现代设备控制系统的超高精度信号采集需求,基于新型PN结漏电补偿技术设计了一种超低漏电模拟开关电路。该电路在传统CMOS模拟开关的基础上创新性地引入了新型全温区PN漏电采样和补偿电路,对CMOS模拟开关输入、输出漏电流进行全温区漏电补偿,大幅降低了输入、输出端口漏电流,实现亚纳安级端口漏电流。基于40 V高压CMOS工艺进行电路设计和仿真验证,实测结果显示,在-55～125℃,输入、输出端口漏电流不大于0.75 nA,温漂约为6 pA/℃。     

SiGeC/Si功率二极管的数值模拟与分析

将SiGeC技术应用于功率半导体器件的特性改进,提出了一种新型p+(SiGeC)-n--n+异质结功率二极管结构.在分析SiGeC合金材料物理特性的基础上,给出了该结构的关键物理参数模型,并在此基础上利用MEDICI模拟,对比分析了C的引入对器件各种电特性的影响.此外,还模拟比较了不同p+区厚度对器件反向漏电流的影响.结果表明:在SiGe/Si功率二极管中加入少量的C,在基本不影响器件正向I-V特性和反向恢复特性的前提下,大大减少了器件的反向漏电流,并且C的加入还减小了器件特性对材料临界厚度的依赖性,提高了器件稳定性.     

铂扩散快恢复二极管特性的研究

描述了用直拉单晶(CZ)硅片采取铂液态源扩散的方法控制少子寿命,以达到减小快恢复二极管的反向恢复时间的目的.通过一系列的实验对铂扩散二极管的特性进行研究,分析了铂扩散二极管的反向恢复时间TRR、正向压降VF以及漏电流IR等参数之间的关系,并分析了反向恢复时间TRR的温度特性.得到TRR与VF之间的理想折衷:TRR为80～500 ns,VF控制在0.9～1.3 V.不但使TRR与VF的折衷有了较大的改善,而且在材料上采用了成本较低的直拉单晶硅片代替成本较高的外延片.分析了铂扩散温度和时间对反向恢复时间TRR和正向压降VF的影响,理论上解释了各主要参数之间相互影响的原因.     

快恢复二极管软度参数的调整

探讨了快恢复二极管制造过程中,选择适当的复合中心能级去调整快恢复二极管软度因子和软度的可行性。实验结果说明,选用σｐ／σｎ比值较小的复合中心能级可以改善二极管的软度参数。     

现代快恢复二极管设计方法的研究

基于改善快恢复二极管的的动态特性,通过对二极管的横、纵向参数来进行分析,理论上提出了快恢复二极管的设计方法,并且结合SILVACO-TCAD仿真软件进行验证;得出了现代快恢复二极管应降低阳极浓度、减小基区少子寿命,采用加缓冲层的结论;这种结构极大的改善了快恢复二极管的正向导通特性,达到了优化动态特性的目的。     

快恢复二极管发展与现状

本文介绍了国内外专家学者为提高快恢复二极管(FRD)的反向恢复速度及软度所做的种种不懈努力,介绍了与IGBT、功率MOSFET等现代电力电子器件相配套的FRD的国内外现状及采用的技术方案,以及晶闸管企业研制FRD需要配置的硬件条件等。     

快速软恢复SiGe功率开关二极管的结构设计与特性分析

为了进一步提高SiGe/Si异质结功率开关二极管的性能,提出了一种SiGe功率开关二极管的新结构,用交替的p 、n 区形成的mosaic结构来代替原常规的n 区,关断时可同时为电子和空穴的抽取提供通道使阴极具有理想欧姆接触.该结构可大大提高开关速度,并获得很软的反向恢复特性及很低的漏电流.与常规p (SiGe)-n--n 功率开关二极管相比,反向恢复时间缩短了近2/3,反向峰值电流降低了约1/2,漏电流降低了约1个数量级.另外,嵌镶结构中p 区的厚度对器件性能有很大影响,调整p 区的厚度可实现器件的反向耐压能力和反向恢复特性之间很好的折衷.这种性能的改进无需采用少子寿命控制技术因而很容易集成于功率IC中.     

SiGeC/Si功率二极管的数值模拟与分析

将SiGeC技术应用于功率半导体器件的特性改进,提出了一种新型p (SiGeC)-n--n 异质结功率二极管结构.在分析SiGeC合金材料物理特性的基础上,给出了该结构的关键物理参数模型,并在此基础上利用MEDICI模拟,对比分析了C的引入对器件各种电特性的影响.此外,还模拟比较了不同p 区厚度对器件反向漏电流的影响.结果表明:在SiGe/Si功率二极管中加入少量的C,在基本不影响器件正向I-V特性和反向恢复特性的前提下,大大减少了器件的反向漏电流,并且C的加入还减小了器件特性对材料临界厚度的依赖性,提高了器件稳定性.     

大功率InGaAsP/GaAs量子阱半导体激光器的直流和1/f噪声性质

对大功率InGaAsP/GaAs量子阱(QW)半导体激光器(LD)的直流(DC)特性和小注入下的低频噪声(LFN)特性进行了实验研究.DC检测发现,V-J和I dV/dI-I可以对LD的电流泄漏作出判断.LFN检测发现,小注入下的1/f低频电压噪声幅值Bv(I)∝I<'βv>.理论分析和老化实验均表明,电流指数βv与载流子输运和电流泄漏机制之间有很好的相关性,存在电流泄漏和无辐射复合的器件其|βv|较小,可靠性较差.     

PLT铁电薄膜的漏电流与I—V特性的研究

室温下在ＭＯＤ法制备的ＰＬＴ铁电薄膜的样品上，观察不同电场强度下电流随时间的变化，根据电流的变化情况，把电场划分为弱、中、强三个区间。在弱场下，电流随时间的变化可用幂指数的衰减来模拟，而且衰减系数随场强的增加有减小的趋势。在中强场时，电流随时间在水平方向上上下波动。在强场下，电流随时间在波动的同时不断增大。因此在对不同区间电流随时间变化Ｉ（ｔ）曲线分析的基础上，确定某一电场强度下的漏导电流，作出了Ｉ－Ｖ曲线。同时发现不同配方，在相同工艺条件下的样品，其弱、中、强场的数值区间是不一样的，因此作出的Ｉ－Ｖ曲线也有所区别。对非欧姆区的导电机理用空间电荷限制电流（ＳＣＬＣ）模型和晶界限制电流（ＧＢＬＣ）模型来解释，同时对样品正向与反向的导电机理进行了对比研究。而且对热释电电流测量中有指导意义的薄膜充电后缓慢的放电过程进行了观察和分析     

一种具有低泄漏电流和高浪涌电流能力的1 200 V/20 A SiC MPS

通过离子注入优化,成功研制了一款六角形元胞设计的1 200 V/20 A的具有低泄漏电流和高浪涌电流能力的SiC MPS芯片。在25℃和175℃下的测试结果表明,导通压降V_F分别为1.48 V和2.03 V;归功于优化的离子注入和元胞设计,1 200 V耐压时,肖特基界面的最强电场强度仅为1.25 MV/cm。研制的MPS的泄漏电流仅为4.3μA(@25℃)和13.7μA(@175℃)。并且25℃和150℃下测试的浪涌电流高达258 A和252 A,约为额定电流的13倍。     

电器设备泄漏电流测试技术的研究

一般而言,耐压、绝缘电阻以及泄漏电滚是电器设备安全检测必须考察的三个项目,其中l奠泄漏电流的测试最为复杂。本文基于笔者对泄漏电流的理解,将泄漏电流的测试方法通过鑫错的测试系统进行扼要的说明。虽然不同产品泄漏电流的测试鎏求耨限值不同,但其溯试原理和目的一致,因此本文着重对泄漏电流的成因及测试方法遴行探讨而不对标撼的细节展开讨论。     

高k纳米MOSFET的关态泄漏电流的研究

对纳米MOSFET关断态的栅电流、漏电流和衬底电流进行了模拟,指出边缘直接隧穿电流(IEDT)远远大于传统的栅诱导泄漏电流(IGIDL)、亚阈区泄漏电流(ISUB)及带间隧穿电流(IBTBT)。对50 nm和90 nm MOSFET器件的Id-Vg特性进行了比较,发现在高Vdd下,关态泄漏电流(Ioff)随IEDT的增加而不断增大,并且器件尺寸越小,Ioff越大。高k栅介质能够减小IEDT,进而减小了Ioff,其中HfSiON、HfLaO可以使边缘隧穿电流减小2～5个数量级且边缘诱导的势垒降低(FIBL)效应很小。但当栅介质的k>25以后,由于FIBL效应,关态泄漏电流反而增大。