被写进“十四五”的氮化镓(GaN),各场景应用齐头并进

氮化镓作为一种第三代半导体材料,近两年时间里在消费类电源市场中得到了广泛应用。尤其是随着各大手机、笔电品牌纷纷入局氮化镓快充,氮化镓功率器件的性能得到进一步验证,同时也加速了氮化镓技术在快充市场中的普及。目前快充电源市面.上的应用的氮化镓主要以三种形式,分别是GaN单管功率器件,内置驱动器的GaN功率芯片,以及内置控制器、驱动器、GaN功率器件的合封芯片。其中以GaN单管功率器件发展最为迅速,尤其是十四五规划出台以来,国家加大了对第三代半导体扶持力度,基于不同品牌GaN器件开发的快充产品也相继量产。     

X波段50W GaN功放管的应用研究

氮化镓(GaN)作为新一代半导体材料,具有高功率容量和高热容性等特点,所以GaN微波功率器件成为近几年研究的热点。随着GaN功放管的功率不断提高,以氮化镓(GaN)为基础的微波功率器件的应用取得了很大的进步。本文对氮化镓(GaN)功率器件的特点和现状进行了介绍,并对X波段50W GaN功放管的电路设计、影响电路的因素进行了分析和研究。最后完成了一个X波段50W固态功放的设计,并给出了测试结果。     

氮化镓(GaN)阴极紫外微通道板光电倍增管

<正>南京电子器件研究所近期研制成功的氮化镓(GaN)阴极紫外光电倍增管,采用MOCVD方式外延生长的蓝宝石/AlN/P-AlGaN异质外延结构作为阴极衬底材料,通过真空转移设备的高铝P型GaN材料微结构设计和工艺流通、透射式异质阴极材料生长、GaN外延片洁净处     

硅基氮化镓微机械谐振器研究

GaN不仅具有与硅媲美的较高声速,而且也有与氮化铝相当(AlN)的大压电系数, 所以是制作MEMS谐振器的有力备选材料.研究设计了一款硅基压电氮化镓(GaN)MEMS谐振器.利用GaN中的二维电子气(2DEG)可作为开关嵌入电极的特性,通过GaN压电材料实现由电极、压电薄膜、电极组成薄膜微机械谐振器.工作时在两个电极之...     

氮化镓功率半导体器件技术

作为第三代半导体材料的典型代表,宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有许多硅材料所不具备的优异性能,是高频、高压、高温和大功率应用的优良半导体材料,在民用和军事领域具有广阔的应用前景。随着GaN技术的进步,特别是大直径硅(Si)基GaN外延技术的逐步成熟并商用化,GaN功率半导体技术有望成为高性能低成本功率技术解决方案,从而受到国际著名半导体厂商和研究单位的关注。总结了GaN功率半导体器件的最新研究,并对GaN功率器件发展所涉及的器件击穿机理与耐压优化、器件物理与模型、电流崩塌效应、工艺技术以及材料发展等问题进行了分析与概述。     

氮化镓光阴极薄膜材料表面光电压谱特性

在蓝宝石基底上外延生长了多层结构氮化镓光阴极薄膜材料并进行表面光电压测试;对比分析了掺杂类型、厚度和掺杂方式对氮化镓材料表面光电压的影响,确定了多层结构氮化镓材料表面光电压产生机理;借助亚带隙激光辅助,针对均匀掺杂和δ-掺杂氮化镓(GaN)光电阴极薄膜材料进行了表面光电压测试;实验数据表明,相较于均匀掺杂,δ-掺杂可以获得更好生长质量,但也提高了在能级(E_v+0.65)eV～(E_v+1.07)eV范围的缺陷态密度。     

基于蓝宝石纳米图形衬底上氮化镓生长的研究

利用两步生长法在蓝宝石纳米图形衬底（NPSS）上生长得到高质量的氮化镓薄膜。通过XRD和SEM对薄膜质量的表征和研究发现,为得到高质量的氮化镓（GaN）薄膜,在NPSS上生长时得到的最优缓冲层厚度为15nm,而在微米级尺寸的图形衬底（MPSS）上得到的最优缓冲层厚度远大于15nm。同时,在NPSS上生长氮化镓薄膜的过程中观察到一个有趣的现象,即GaN在NPSS上生长的初始阶段,氮化镓晶粒主要在图形之间的平面区域生长,极少量的GaN在衬底图形的侧面上聚集生长。这一有趣的现象明显不同于GaN在MPSS上的生长过程。接着,又在NPSS上生长了GaN基LED结构,并对其光电性能进行了研究。     

GaN HEMTs小信号等效电路建模与参数直接提取

半导体技术飞速进步,第三代半导体氮化镓(GaN)因其优越的性能近年来受到了广泛的关注与研究.数以万计的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)应用于微波和毫米波等领域,成为半导体产业研究的热点.本文在传统的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMTs)小信号等效电路模型的基础上将所建立模型的参数数量提高到20个,提...     

GaN基微腔传感器悬空隔膜的力电转换的ANSYS研究

为了深入研究氮化镓薄膜的压电效应和机械特性,基于气体直接吸收红外辐射的原理,将基于氮化镓悬空隔膜的充气微腔红外传感器项目作为背景,以氮化镓/铝镓氮薄膜作为敏感单元,在材料力学以及压电效应方面,采用有限元分析软件ANSYS 14.0进行了理论分析和验证,取得了薄膜形状、厚度和面积等尺寸与压电薄膜输出电压以及薄膜灵敏度的逻辑关系数据,验证了薄膜力-电信号转换机制可行性。结果表明,GaN薄膜材料具有良好的压电特性以及线性度,有助于对探测器输出信号进行准确的预测,并进行温度补偿,突出GaN材料在应用中的优势。此研究对设计性能良好、灵敏度高的微腔红外传感器是有帮助的。     

GaN HEMT外延材料表征技术研究进展

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的典型代表,具有高击穿电场强度和高热导率等优异的物理特性,是制作高频微波器件和大功率电力电子器件的理想材料.GaN外延材料的质量决定了高电子迁移率晶体管(HEMT)的性能,不同材料特征的表征需要不同的测量工具和技术,进而呈现器件性能的优劣.综述了GaN HEMT外延材料的表征技术,详细介绍了几种表征技术的应用场景和近年来国内外的相关研究进展,简要总结了外延材料表征技术的发展趋势,为GaN HEMT外延层的材料生长和性能优化提供了反馈和指导.     

Low-Frequency Noise Characteristics in Ion-Implanted GaN-Based HEMTs

Low-frequency noise characteristics in ion-implanted GaN/AlGaN/GaN and AlGaN/GaN HEMTs were investigated. The normalized spectral noise density was about 6 dB lower in GaN/AlGaN/GaN HEMTs than in AlGaN/GaN HEMTs. The normalized spectral noise density dependence on the gate length Lg indicates that the main origin of low-frequency noise is at the region under the gate in both devices. The Hooge parameters alphaH for both devices are on the order of 10^-1-10^{- 2}. The ion implantation process introduces a lot of defects in the source/drain regions, but the values of alphaH are comparable with those for conventional GaN-based HEMT devices. The values of alphaH are also lower in GaN/AlGaN/GaN HEMTs than in AlGaN/GaN HEMTs, which is due to the decrease of surface potential fluctuations in GaN/AlGaN/GaN HEMTs.     

AlGaN/GaN界面特性研究进展

GaN是一种宽禁带半导体材料,由于具有优越的热稳定性和化学稳定性,使这种材料和与其相关的器件可以工作在高温和恶劣的环境中,并可用于大功率微波器件。本文主要介绍AlGaN/GaN有关界面特性,该特性反映了纵向纳米尺度下的能带特性;从AlGaN/GaNHEMT设计出发,给出了材料性质和结构参数对AlGaN/GaN异质结二维电子气特性影响的研究结果;讨论了AlGaN/GaN界面2DEG载流子的输运性质;分析了材料缺陷对AlGaN/GaN界面2DEG性质的影响;指出了有待研究的问题和方向。     

AlN阻挡层对AlGaN/GaNHEMT器件的影响

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN异质结和AlGaN/AlN/GaN异质结二维电子气材料,采用相同器件工艺制造出了AlGaN/GaN HEMT器件和AlGaN/AlN/GaN HEMT器件.通过对两种不同器件的比较和讨论,研究了AlN阻挡层的增加对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响.     

GaN和p型GaN薄膜中声子模和缺陷模的变温喇曼散射

研究了MOCVD生长的GaN及掺Mg GaN薄膜从78到578K下的喇曼散射谱.在GaN和掺Mg GaN的谱中都观察到一个位于247cm-1的峰,此峰被认为是缺陷诱导的散射峰,而非电子散射和Mg的局域模.同时讨论了两个谱中E2和A1(LO)声子峰的频率和线形.在掺Mg GaN样品中观察到应力松弛现象.     

GaN的极性特征、测量及应用

GaN在(0001)方向是一种极性极强的半导体材料,它具有极强的表面特征,是目前发现的最好的压电材料,而GaN的极性呈现出体材料的特征,它的测量要用一些特殊的方法,它的不同特征也给我们提供了广泛的应用前景.总结了到目前为止国外这一方面的研究结果.     

Temperature Dependent Raman Scattering of Phonon Modes and Defect Modes in GaN and p-Type GaN Films

Raman spectra of undoped GaN and Mg-doped GaN films grown by metal-organic chemical-vapor deposition on sapphire are investigated between 78 and 573K.A peak at 247cm－1 is observed in both Raman spectra of GaN and Mg-doped GaN.It is suggested that the defect-induced scattering is origin of the mode.The electronic Raman scattering mechanism and Mgrelated local vibrational mode are excluded.Furthermore,the differences of E2 and A1(LO) modes in two samples are also discussed.The stress relaxation is observed in Mg-doped GaN.     

AIN、GaN立方晶体的静态性质和AIN/GaN异质结的价带偏移

采用LMTO能带从头计算方法,计算了闪锌矿（立方）结构AIN和GaN的静态性质;用平均键能方法,预言了AlN与GaN自由应变生长、以AlN为衬底和以GaN为衬底等三种不同应变状态下AlN／GaN应变层异质结的△Ev值;最后,采用超原胞（AIN）n（GaN）n（001）,（n=1,3,5）界面自洽计算方法,考察了超晶格中平均键能Em的“对齐”程度和验证了价带偏移△Ev计算结果的准确性。     

6H-SiC衬底上采用不同厚度AlN缓冲层对GaN外延层的影响

采用不同厚度AlN作为缓冲层在6H-SiC衬底上生长了GaN外延层,并利用X射线衍射,拉曼散射和透射电子显微镜等对GaN性质进行了研究。AlN缓冲层的应变状态对GaN的晶体质量和表面形貌有很大影响。较厚的AlN缓冲层会导致GaN表面出现裂纹,而太薄的AlN缓冲层会导致GaN层较高的位错密度,从而恶化器件性能。分析了GaN产生裂纹和高位错密度的机制,并采用较优厚度（100nm）的AlN缓冲层生长出高质量的GaN外延层。     

初始层生长条件和Mg活性剂对MOVPE方法生长GaN薄膜质量的影响

The initial growth conditions of a 100 nm thick GaN layer and Mg-surfactant on the quality of the GaN epilayer grown on a 6H-SiC substrate by metal-organic vapor phase epitaxy have been investigated in this research. Experimental results have shown that a high Ⅴ/Ⅲ ratio and the initially low growth rate of the GaN layer are favorable for two-dimension growth and surface morphology of GaN and the formation of a smoother growth surface. Mg-surfactant occurring during GaN growth can reduce the dislocations density of the GaN epilayer but increase the surface RMS, which are attributed to the change of growth mode.     

Dopant-selective photoenhanced wet etching of GaN

A dopant-selective photoelectrochemical wet etching process for GaN is described. The process utilizes KOH solution and Hg arc lamp illumination to achieve selective etching of n-type GaN with respect to intrinsic and p-type GaN. An intrinsic GaN etch-stop layer as well as the selective undercutting of a buried n-type layer within a p-n GaN homostructure are demonstrated.