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。     

碳化硅器件发展概述

概要介绍了第三代半导体材料碳化硅(SiC)在高温、高频、大功率器件应用方面的优势,结合国际上SiC肖特基势垒二极管,PiN二极管和结势垒肖特基二极管的发展历史,介绍了SiC功率二极管的最新进展,同时对我国宽禁带半导体SiC器件的研究现状及发展方向做了概述及展望。     

宽禁带半导体材料技术

宽禁带半导体材料是一种新型材料,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高等特点,非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成电子器件;利用其特有的禁带宽度,还可以制作蓝光、绿光、紫外光器件和光探测器件,能够适应更为苛刻的生存和工作环境。在宽禁带半导体材料中,具有代表性的是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、金刚石以及氧化锌(ZnO),综合叙述了这些材料的特性、发展现状和趋势;并介绍了SiC、GaN、ZnO材料的应用情况和代表性器件的研究进展。     

SiC半导体材料和工艺的发展状况

碳化硅(SiC)是一种宽禁带半导体材料,适用于制作高压、高功率和高温器件,并可以工作在直流到微波频率范围.阐述了SiC材料的性质,详细介绍了SiC器件工艺(掺杂、刻蚀、氧化及金属半导体接触)的最新进展,并指出了存在的问题及发展趋势.     

新型半导体功率器件在现代雷达中的应用研究(Ⅱ)

4 宽禁带半导体功率器件的发展背景 宽禁带半导体功率器件的发展是在宽禁带半导体材料发展的基础上发展起来的,其迅速发展的主要原因之一是源于美国军方的兴趣,尤其是2002年美国国防先进研究计划局(DARPA)通过并实施了宽禁带半导体技术计划(WBGSTI),该计划极大地推动了宽禁带半导体技术的发展.     

SiC新一代电力电子器件的进展

以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料的突破给发展新一代电力电子带来希望。SiC材料具有比Si材料更高的击穿场强、更高的载流子饱和速度和更高的热导率,使SiC电力电子器件比Si的同类器件具有关断电压高、导通电阻小、开关频率高、效率高和高温性能好的特点。SiC电力电子器件将成为兆瓦电子学和绿色能源发展的重要基础之一。综述了SiC新一代电力电子器件的发展历程、现状、关键技术突破和应用研究。所评估的器件包含SiC SBD、SiC pin二极管、SiC JBS二极管、SiC MOFET、SiC IGBT、SiC GTO晶闸管、SiC JFET和SiC BJT。器件的评估重点是外延材料的结构、器件结构优化、器件性能、可靠性和应用特点。最后总结了新世纪以来SiC新一代电力电子器件的技术进步的亮点并展望了其技术未来发展的趋势。     

SiC和GaN电子材料和器件的几个科学问题

扼要地叙述了宽禁带半导体SiC和GaN电子材料和器件的发展状况,介绍了SiC多形体、AlGaN/GaN异质结极化效应、GaN器件的电流塌陷效应和陷阱效应、SiC和GaN器件的特征工艺问题(离子注入、金属化等)以及温度升高时SiC载流子的冻析效应等。     

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Ga2O3微电子学研究进展

半导体材料Ga2O3是继宽禁带半导体材料SiC/GaN之后新兴的直接带隙超宽禁带氧化物半导体,其禁带宽度为4.5~4.9eV,击穿电场强度高达8MV/cm(是SiC及GaN的2倍以上),物理化学稳定性高,在发展下一代电力电子学和固态微波功率电子学领域具有较大的潜力。自2012年第一只Ga2O3场效应晶体管诞生以来,Ga2O3微电子学的研究呈现快速发展态势。本文综述了β-Ga2O3单晶材料和外延生长技术以及β-Ga2O3二极管和β-Ga2O3场效应管等方面的研究进展,介绍了β-Ga2O3材料和器件的新工艺、新器件结构以及性能测试结果,分析了相关技术难点和创新思路,展望了Ga2O3微电子学未来的发展趋势。     

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.     

Silicon carbide benefits and advantages for power electronics circuits and systems

Silicon offers multiple advantages to power circuit designers, but at the same time suffers from limitations that are inherent to silicon material properties, such as low bandgap energy, low thermal conductivity, and switching frequency limitations. Wide bandgap semiconductors, such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN), provide larger bandgaps, higher breakdown electric field, and higher thermal conductivity. Power semiconductor devices made with SiC and GaN are capable of higher blocking voltages, higher switching frequencies, and higher junction temperatures than silicon devices. SiC is by far the most advanced material and, hence, is the subject of attention from power electronics and systems designers. This paper looks at the benefits of using SiC in power electronics applications, reviews the current state of the art, and shows how SiC can be a strong and viable candidate for future power electronics and systems applications.     

碳化硅功率器件高密度互连技术研究进展

相比于硅,SiC材料因具有宽禁带、高导热率、高击穿电压、高电子饱和漂移速率等优点而在耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件中得到了广泛应用。传统的引线键合是功率器件最常用的互连形式之一。然而,引线键合固有的寄生电感和散热问题严重限制了SiC功率器件的性能。文章首先介绍了硅功率器件的低寄生电感和高效冷却互连技术,然后对SiC功率器件互连技术的研究进行了综述。最后,总结了SiC功率器件互连技术面临的挑战。     

SiC电力电子器件研究现状及新进展

由于硅材料本身的限制,传统硅电力电子器件性能已经接近其极限,碳化硅(SiC)器件的高功率、高效率、耐高温、抗辐照等优势逐渐突显,成为电力电子器件一个新的发展方向.综述了SiC材料、SiC电力电子器件、SiC模块及关键工艺的研究现状,重点从材料、器件结构、制备工艺等方面阐述了SiC二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结晶型场效应晶体管(JFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)及模块的研究进展.概述了SiC材料、SiC电力电子器件及模块的商品化情况,最后对SiC材料及器件的发展趋势进行了展望.     

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。     

Investigation on the Luminescent Properties of SiC

Silicon carbide (SiC) is an excellent microelectronic material used to fabricate high frequency, high temperature, high power and non--volatile memory devices. But due to its indirect band gap, SiC based LED can‘t emit light so efficiently as GaN based LED, so people are eager to seek effective means to improve its luminescence efficiency. Amorphous SiC, porous crystalline SiC, nanometer SiC produced by CVD methods and porous SiC formed by ion implantation are investigated, and great progresses have been gained during the latest few years, which make SiC a promising material for developing OEIC.     

碳化硅材料发光特性研究进展

碳化硅作为一种优秀的微电子材料,在高频、高温、大功率、强辐射环境中颇具应用潜力。然而由于其间接带隙的特点,碳化硅LED不能像氮化镓、磷化镓LED那样有效发光,因此人们竞相研究能提高碳化硅发光效率的方法,其中包括非晶碳化硅、多孔单晶碳化硅、用CVD方法制备的纳米碳化硅和用离子注入方法制备的多孔碳化硅。在最近几年,这些研究已取得巨大进展,从而使其成为适用于发展中的OEIC技术的颇具潜力的材料。     

SiC电力电子器件对电力系统的影响

宽禁带SiC材料被认为是高性能电力电子器件的理想材料,比较了Si和SiC材料的电力电子器件在击穿电场强度、稳定性和开关速度等方面的区别,着重分析了以SiC器件为功率开关的电力电子装置对电力系统中柔性交流输电系统(FACTS)、高压直流输电(HVDC)装置、新能源技术和微电网技术领域的影响。分析表明,SiC电力电子器件具有耐高压、耐高温、开关频率高、损耗小、动态性能优良等特点,在较高电压等级(高于3 kV)或对电力电子装置性能有更高要求的场合,具有良好的应用前景。     

4H-SiC power devices for use in power electronic motor control

Silicon carbide (SiC) is an emerging semiconductor material which has been widely predicted to be superior to both Si and GaAs in the area of power electronic switching devices. This paper presents an overview of SiC power devices and concludes that the MOS turn-off thyristor (MTO™), comprising of a hybrid connection of SiC gate turn-off thyristor (GTO) and MOSFET, is one of the most promising near term SiC switching device given its high power potential, ease of turn-off, 500°C operation and resulting reduction in cooling requirements. The use of a SiC and an anti-parallel diode are primary active components which can then be used to construct an inverter module for high-temperature, high-power direct current (d.c.) motor control.     

Positive temperature coefficient of breakdown voltage in 4H-SiC pnjunction rectifiers

It has been suggested that once silicon carbide (SiC) technology overcomes some crystal growth obstacles, superior SiC semiconductor devices would supplant silicon in many high-power applications. However, the property of positive temperature coefficient of breakdown voltage, a behavior crucial to realizing excellent power device reliability, has not been observed in 4H-SiC, which is presently the best-suited SiC polytype for power device implementation. This paper reports the first experimental measurements of stable positive temperature coefficient behavior observed in 4H-SiC pn junction rectifiers. This research indicates that robust 4H-SiC power devices with high breakdown reliability should be achievable after SiC foundries reduce material defects such as micropipes, dislocations, and deep level impurities