大功率白光LED伏安特性和正向电压温度特性研究

在Ga N基大功率白光发光二极管(LED)老化过程中,有部分器件在小电流驱动下出现亮度不一致的现象,对其伏安特性和正向电压温度特性进行了研究。实验结果发现在小电流驱动下发光微弱的LED漏电流严重增大,在高温和大电流驱动的情况下LED正向电压随温度的变化偏离了线性关系,正向电压随温度的变化系数由负数变为正数。同时,通过对比实验表明这种器件出现的反常现象会伴随着寿命和可靠性问题。     

功率型LED热阻测量的新方法

LED照明成为21世纪最引人注目的新技术领域之一，而功率型LED优异的散热特性和光学特性更能适应普通照明领域的需要。提出了一种电学法测量功率LED热阻的新方法，根据LED正向电压随温度变化的原理，利用电流表、电压表等常用工具，测量了TO封装功率型LED器件的热阻，对功率型LED的器件设计和应用提供有力支持。     

GaN基LED电流分布的模拟

采用Silvaco软件,利用二维有限元方法,仿真得到LED的电学等特性。比较3种不同尺寸的LED器件内的电流分布,得到电流密度与L的关系曲线,发现减小电流扩展长度L可提高电流的均匀性。模拟了5种不同电极结构的1 mm×1 mm功率LED,发现五插指电极结构的电流分布最均匀。     

基于脉冲式U-I 特性的高功率型LED 热学特性测试

热学特性是影响功率型LED光学和电学特性的主要因素之一,设计了一套基于脉冲式U-I特性的功率型LED热学特性测试系统,可以测试在不同结温下LED工作电流与正向电压的关系,从而获得LED的热学特性参数。该系统通过产生窄脉冲电流来驱动LED,对其峰值时的电压电流进行采样,同时控制和采集LED的热沉温度,从而获得不同温度下LED的U-I特性曲线。与其他U-I测试系统相比,文中采用了窄脉冲(1 s)工作电流,LED器件PN结区处于发热与散热的交替过程,不会造成大的热积累,大大提高了测量精度。实验中,对某功率型LED进行了测试,获得了该器件的电压、电流和结温特性曲线,并利用B样条建立该器件的U-I-T模型,进而实现了对其结温的实时在线检测。     

关于LED单灯正向电压VF不良的探讨

文章基于LED芯片和LED单灯的工作原理和制程工艺,探讨了LED芯片封装以后正向电压K升高和降低的常见原因,并提出了改善措施。对于GaN基双电极芯片,由于芯片工艺制程或后续封装工艺因素,造成芯片表面镀层（ITO或Ni／Au）与P—GaN外延层之间的结合被破坏,欧姆接触电阻变大。对于GaAS基单电极芯片,由于封装材料和工艺因素,导致芯片背金（N—electrode）与银胶,或银胶与支架之间的接触电阻变大,从而LED正向电压VF升高。LED正向电压VF降低最常见的原因为芯片PN结被ESD或外界大电流损伤或软击穿,反向漏电过大,失去了二极管固有的I-V特性。     

LED电极结构优化设计与仿真计算

LED电极结构极大地影响着LED芯片的电流扩展能力,优化电极结构,能够缓解电流拥挤现象.讨论了正装LED结构和倒装LED结构的电流分布模型,并通过SimuLED软件研究了电极结构对LED电流扩展能力的影响.仿真结果表明:采用插指型电板结构极大提高了正装LED的电流扩展能力,电极下方插入电流阻挡层(CBL)后改变了芯片的电流分布状况,有利于光效的提升;而倒装LED的通孔式双层金属电极结构利用两层金属的互联作用,使n电极能够在整个芯片范围内均匀分布,进一步提高了电流扩展性能.     

p-GaN与ITO欧姆接触的研究

针对GaN基发光二极管中p-GaN与透明导电薄膜ITO之间的接触进行研究,尝试找出透明导电层ITO的优化制程条件。将在不同氧流量、ITO厚度及退火温度下制备的透明电极ITO薄膜应用于GaN基发光二极管,来增加电流扩展,减小ITO与p-GaN欧姆接触电阻,降低LED工作电压及提高透过率、增强LED发光亮度。将ITO薄膜应用于218μm×363μm GaN基发光二极管LED,分析其在20 mA工作电流条件下正向电压和光输出功率的变化,在优化条件下制得的蓝光LED在直流电流20 mA下的正向电压3.23 V,光输出效率为23.25 mW。     

一种新型D-RESURF埋栅SOI LDMOS

提出了一种新型D-RESURF埋栅SOI LDMOS (EGDR-SOI LDMOS)结构,其栅电极位于P-body区的下面,可以在扩展的埋栅电极处形成多数载流子的积累层;同时,采用Double- RESURF技术,在漂移区中引入两区的P降场层,有效降低了器件的比导通电阻,并提高了器件的击穿电压.采用二维数值仿真软件MEDICI,对器件的扩展栅电极、降场层进行了优化设计.结果表明,相对于普通SOI LDMOS,该结构的比导通电阻下降了78%,击穿电压上升了22%.     

一种新结构LED保护器件的设计研究

针对现有LED旁路保护器件的技术不足,提供了一种低成本但又能满足实际需求的LED局部损坏旁路保护器件的结构。所设计的保护器件集成了晶闸管、电阻及二极管等结构,以四层晶闸管为核心部件,利于提高瞬变电压的耐受能力;在其中增设两个二极管,分别用于调整器件正向工作时的启动电压和为反向工作时提供电流通道。经过流片、封装、测试,获得了主要性能参数。测试结果表明,当正向电压大于4.5V时,器件内部的可控硅结构被触发启动,器件性能符合设计要求。     

具有反射电极的高亮度LED芯片设计

根据光学薄膜原理,针对正装LED芯片设计了5种不同方式的电极结构,得出电流阻挡层SiO2和Al反射镜叠加制备出的反射电极具有较高的反射率,光电特性明显优于常规电极制备出的LED芯片。实验结果表明,该反射电极的反射率比常规电极结构反射率高53.1%,电流阻挡层SiO2可以改进有源区的电流扩展,减小电流堆积效应,而Al作为反射镜可以降低电极对光的吸收,使其发光效率、光强分布、饱和特性曲线和发光角度明显优于常规电极结构。实验采用化学气相沉积(CVD)法配合电子束蒸发制备反射电极,芯片的光功率提高了5.6%,成功制备出高亮度LED芯片。     

应变Si NMOS器件总剂量辐射对单粒子效应的影响

针对应变Si NMOS器件总剂量辐射对单粒子效应的影响机制,采用计算机TCAD仿真进行研究。通过对比实验结果,构建50 nm应变Si NMOS器件的TCAD仿真模型,并使用该模型研究处于截至态(V_ds=1 V)的NMOS器件在总剂量条件下的单粒子效应。实验结果表明,总剂量辐照引入的氧化层陷阱正电荷使得体区电势升高,加剧了NMOS器件的单粒子效应。在2 kGy总剂量辐照下,漏极瞬态电流增加4.88%,而漏极收集电荷增量高达29.15%,表明总剂量辐射对单粒子效应的影响主要体现在漏极收集电荷的大幅增加方面。     

平衡材料对双极器件电离总剂量效应的影响

本文选择贴片式NPN双极器件作为研究对象,采用在器件辐照试验时设置平衡材料的方法,通过对器件辐照敏感电参数的测量,研究平衡材料对双极器件电离总剂量效应的影响程度.结果表明：在器件辐照试验时设置平衡材料,器件的敏感电参数电流增益较未设置平衡材料退化更明显,仅设置前平衡材料比仅设置后平衡材料影响更大.在器件前后均设置平衡材料、仅设置前平衡材料和仅设置后平衡材料三种不同条件下,器件电流增益退化差异在50krad（Si）剂量点时分别为22.55%、13.38%和12.58,当辐照总剂量达到300krad（Si）时降低至11.65%、7.31%和4.14%.因此在评估器件的抗辐照性能过程中,很有必要在器件进行辐照试验时根据器件的结构尺寸,设置一定厚度的平衡材料,使器件敏感区满足次级电子平衡条件,从而保证器件敏感区实际吸收剂量达到标称辐照剂量.     

孤岛模式下辐射配电网改进潮流算法

同相逆并联结构常应用在大功率电解中,其负荷特性决定了生产成本对电费波动较为敏感,自建发电机组可以有效实现成本控制。然而同相逆并联的复杂拓扑结构应用在独立配电网时会增加电力系统的复杂性,改变电网的谐波潮流分布,使系统面临电压越线的风险。针对传统前推回推法处理辐射网潮流时出现不收敛情况,基于回路分析法,并与前推回推法进行结合,提出一种同相逆并联结构整流器孤岛模式下辐射配电网改进潮流算法。通过分解支路电流,对辐射网分裂点电流进行补偿,改变其不收敛现象,并且通过MATLAB进行数据仿真,验证了此算法的有效性和精确性。     

The MGBT: a new MOS-gated power bipolar transistor

A new device called the MGBT is described in which the upper regions of the device structure are conductivity-modulated by a positive feedback mechanism to give a lower on-state voltage drop compared to a power DMOSFET while having fast switching and fully gate-controlled characteristics. In the MGBT, a P⁺ injector coupled to the drain potential by a vertical driver DMOSFET in an emitter-switched configuration is used to inject holes which is then diverted to the entire surface region of the device by a novel cell design. 750 V MGBT devices fabricated along with DMOSFET devices on the same wafer showed 33% improvement in current density at room temperature and 46% improvement at 75°C at a forward drop of 3.5 V. The turn-off time of the MGBT was 80 ns equal to that of the DMOSFET     

一种沟槽-场限环复合终端结构的设计

为了改善硅功率器件击穿电压性能以及改善IGBT电流的流动方向,提出了一种沟槽-场限环复合终端结构。分别在主结处引入浮空多晶硅沟槽,在场限环的左侧引入带介质的沟槽,沟槽右侧与场限环左侧横向扩展界面刚好交接。结果表明,这一结构改善了IGBT主结电流丝分布,将一部分电流路径改为纵向流动,改变了碰撞电离路径,在提高主结电势的同时也提高器件终端结构的可靠性;带介质槽的场限环结构进一步缩短了终端长度,其横纵耗尽比为3.79,较传统设计的场限环结构横纵耗尽比减少了1.48%,硅片利用率提高,进而减小芯片面积,节约制造成本。此方法在场限环终端设计中非常有效。     

总剂量辐照对65 nm NMOSFET热载流子敏感参数的影响

为了研究总剂量辐射对纳米MOS晶体管热载流子效应的影响,对65 nm 体硅工艺的NMOS器件进行了总剂量辐射和热载流子试验,对比了辐射前后不同宽长比器件的跨导、栅极泄漏电流、线性饱和电流等电参数。结果表明,MOS器件的沟道宽度越窄,热载流子效应受辐射的影响越显著,总剂量辐射后热载流子效应对器件的损伤增强。分析认为,辐射在STI中引入的陷阱电荷是导致以上现象的主要原因。该研究结果为辐射环境下器件的可靠性评估提供了依据。     

辐照加固SRAM型FPGA总剂量辐射效应研究

在航天辐射环境中,电离辐射产生的辐射效应会对电子元器件性能产生影响。文章对自主研发的SRAM型FPGA芯片在60Co-γ源辐照下的总剂量辐射效应进行了研究。实验表明:(1)总剂量累积到一定程度后功耗电流线性增大,但只要功耗电流在极限范围内,FPGA仍能正常工作;(2)SRAM型FPGA在配置过程中需要瞬间大电流,故辐照后不能立即配置;(3)总剂量辐照实验时,功耗电流能直观反映器件随总剂量的变化关系,可作为判断器件失效的一个敏感参数。该研究为FPGA的设计提供了基础。     

Temperature behavior of insulated gate transistor characteristics

The Insulated Gate Transistor (IGT) is a new power semiconductor device with the high input impedance features of the power MOSFET and the ability to operate at high current densities even exceeding that of power bipolar transistors. The high temperature operating characteristics of the device are discussed here. Unlike the power MOSFET whose operating current density decreases by over a factor of 2 when the ambient temperature is raised to 150°C, the IGT is found to maintain its high operating current density at elevated temperatures. The temperature coefficient of the output current is found to be positive at forward drops below 1.5 V and negative at forward drops above 1.5 V. These characteristics make the IGT suitable for applications with high ambient temperatures. The results also indicate that these devices can be paralleled without current hogging problems if the forward conduction occurs at forward voltage drops in excess of 1.5 V.     

超深亚微米SOI总剂量效应泄漏电流模型

总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。浅沟槽隔离(STI)漏电是器件退化的主要因素,会形成漏极到源极的寄生晶体管。针对130 nm部分耗尽(PD) SOI NMOSFET器件的总剂量辐射退化特性,建立了一个包含总剂量辐射效应的通用模拟电路仿真器(SPICE)模型。在BSIM SOI标准工艺集约模型的基础上,增加了STI寄生晶体管泄漏电流模型,并考虑了辐射陷阱电荷引起寄生晶体管的等效栅宽和栅氧厚度的变化。通过与不同漏压下、不同宽长比的器件退化特性的实验结果对比,该模型能够准确反映器件辐射前后的漏电流特性变化,为器件的抗辐射设计提供参考依据。     

Gamma radiation effects on integrated injection logic cells

Integrated injection-logic (I²L) cells were tested to determine their characteristics after exposure to a total dose gamma-radiation environment. These particular devices were not designed or fabricated with radiation hardness as a goal. The common-base current gain of the lateral p-n-p transistor, the common-emitter current gain of the vertical n-p-n transistor and the forward current-voltage characteristics of the injector-substrate junction were measured over the current range of 100 nA to 300 µA as a function of dose. In addition, the propagation delay time versus power dissipation per gate at various dose levels was determined from frequency of oscillation measurements of a multiple inverter circuit.