功率VDMOS 器件高温直流应力下退化及失效机理研究

研究了垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOS)功率器件在高温和直流应力下的退化和失效过程及机理。测量了栅极阈值电压[U_(GS(th))]、栅极-源极漏电流(I_(GSS))、静态漏极-源极通态电阻[R_(DS(on))]、漏极-源极击穿电压(U_(DSS)),发现R_(DS(on))在应力时间672～864 h范围内开始变大直至测试结束,其他各项电学参数总体保持稳定。测量了器件结到热沉的热阻(R_(TH)), R_(TH)保持稳定。研究表明器件的栅极、漏极、器件内部结构和焊料、管壳基本不受应力影响。对烧毁的器件进行微区分析,扫描电镜图片表明损坏区域在源极上表层和源极引线位置,和电学参数、R_(TH)值的分析相一致。R_(DS(on))的增加是由包括引线在内的源极封装和源极欧姆接触电阻增大导致,超过阈值时将导致器件烧毁。研究结果有助于提高恶劣工况下的VDMOS功率器件可靠性。     

克服低击穿的硅平面技术

为提高硅平面大功率管的成品率和可靠性，提出了一种刻蚀槽和低温钝化相结合的克服低击穿的硅平面技术，采用该技术可消除绝大多数平面晶体管管芯的低击穿和穿通点，从而大幅度提高管芯、特别是大功率管管芯的合格率和高档品率，由于应用该技术可消除低击穿点及杂质淀积和缺陷集中区而使器件的固有可靠性得到提高。     

沟槽栅功率MOSFET导通电阻的模拟研究

为了进一步降低沟槽栅功率MOS器件的导通电阻,提出了一种改进的trench MOSFET结构.借助成熟的器件仿真方法,详细分析了外延层杂质掺杂对器件导通电阻和击穿电压的影响,通过对常规trench MOSFET和这种改进的结构进行仿真和比较,得出了击穿电压和导通电阻折中效果较好的一组器件参数.模拟结果表明,在击穿电压基本相当的情况下,新结构的导通电阻较之于常规结构降低了18.8%.     

硅双极功率晶体管镇流技术的改进

从可靠性和功率增益两方面对现有硅双极功率晶体管镇流技术作了仔细分析,并提出了改进措施。结果表明,采用改进的复合镇流技术,不仅有效地防止热斑和电流二次击穿现象,提高了器件的可靠性和工作寿命,而且有助于提高器件的功率增益。     

标准CMOS工艺栅控Si-LED设计与制备

采用新加坡半导体制备有限公司的0.35um EEPROM双栅标准CMOS工艺设计和制备了U型Si-LED发光器件。器件结构采用P+-N+-P+-P+-P+-N+-P+-P+-P+-N+-P+叉指结构形成U型器件,外部的两个P+区为保护环,在相邻的内部两个P+区之间使用多晶硅作为栅极来调控LED的正偏发光。使用奥林巴斯IC显示镜测得了硅LED实际器件的显微图形,并对器件进行了电学的正反向I-V特性测量。器件在室温下正向偏置,在100～140mA电流下对器件进行了光功率的检测,发光峰值在1089nm处。结果表明,器件发光功率随着栅控电压偏置电流的增加而增加。     

基于超结结构的肖特基势垒二极管

在功率半导体器件中,高的反向击穿电压和低的正向导通电阻之间的矛盾关系是影响其发展的主要因素之一,选用超结结构替代功率半导体器件中的传统电压支持层能够有效缓解这一矛盾关系。该文设计和实现了一种超结肖特基二极管,其中的电压支持层采用P柱和N柱交替构成的超结结构。在器件的制作方面,选用成熟的单步微电子工艺,通过4次N型外延和4次选择性P型掺杂来实现超结结构。为便于对比分析,设计传统肖特基二极管和超结肖特基二极管的电压支持层厚度一致,且超结结构中P柱和N柱的杂质浓度均和传统肖特基二极管的电压支持层浓度一致。测试得到传统肖特基二极管的反向击穿电压为110 V,而超结肖特基二极管的反向击穿电压为229 V。表明采用超结结构作为功率半导体器件的电压支持层能够有效提高反向击穿电压,同时降低器件的正向导通电阻,并且当P柱区和N柱区内的电荷量一致时器件的击穿电压最高。     

N型LDMOS器件在关态雪崩击穿条件下的退化

针对功率开关管在未箝位电感性开关转换时会反复发生雪崩击穿,引起器件参数退化的问题,对一种20 V N型横向双扩散MOS器件(NLDMOS)在关态雪崩击穿条件下导通电阻的退化进行研究.通过恒定电流脉冲应力测试、TCAD（technology computer aided design）仿真和电荷泵测试,分析研究导通电阻退化发生的区域及退化的微观机理,并针对实验结果提出2种退化机制：(1) NLDMOS漂移区中的空穴注入效应,这种机制会在器件表面产生镜像负电荷,造成开态导通电阻Ron的减少;(2)漂移区中的表面态增加效应,这种机制会造成载流子迁移率的下降,引起Ron的增加.这2种机制都随着雪崩击穿电流的增加而增强.     

4H-SiC器件击穿特性的新型解析模型

基于4H-SiC材料参数，同时考虑雪崩碰撞和带间隧穿两种机制，建立了一套新型击穿解析模型．模型中首次考虑了雪崩碰撞和带间隧穿两种机制，能够反映温度、掺杂浓度等参数对器件击穿特性的影响．利用这一模型计算得到4H-SiC微波功率MESFET极限功率特性．采用MNlTAB编程工具计算得到的结果与实验结果符合较好．     

具有高电流增益-击穿电压优值的新型应变Si/SiGe HBT

为了改善器件的高压大电流处理能力,利用SILVACOTCAD建立了应变Si/SiGe HBT模型,分析了虚拟衬底设计对电流增益的影响.虚拟衬底可在保持基区-集电区界面应力不变的情况下实现基区Ge组分的高掺杂,进而增大电流增益.但器件的击穿电压仍然较低,不利于输出功率的提高和系统信噪比的改善.考虑到集电区设计对电流增益影响不大但与器件击穿电压密切相关,在采用虚拟衬底结构的同时,对器件的集电区进行选择性注入设计.该设计可在集电区引入横向电场,进而提高击穿电压.结果表明:与传统的SiGe HBT相比,新器件的电流增益和击穿电压均得到显著改善,其优值β·V_(CEO)。改善高达14.2倍,有效拓展了微波功率SiGe HBT的高压大电流工作范围.     

射频功率HBT热稳定性分析及镇流电阻优化

为了有效改善射频功率HBT的热不稳定性、消除自加热效应对功率器件电学特性的影响,从热电反馈网络出发,阐述了晶体管热稳定因子S的物理意义.在考虑发射极电流正温度系数、器件能带连续性(△E_v)、重掺杂效应(△E_g)、基极和发射极加入镇流电阻(R_B和R_E)等因素的情况下。给出了功率HBT自热完全补偿(S= 0)所需最小镇流电阻(R_c)表达式.结果表明,在△E_v+△E_g>2κT时,HBT工作温度丁越大,R_c反而越小.由于R_c的减小,功率HBT将能提供更大的输出功率、功率增益和功率附加效率.     

溅射功率对MgZnO薄膜晶体管性能的影响

本文通过射频磁控溅射的方法在Si衬底上制备了MgZnO薄膜晶体管,研究不同溅射功率对MgZnO薄膜晶体管电学和薄膜性能的影响,对制备的器件采用Keysight B 1500 A型号的半导体参数仪测试其电学性能,通过公式计算分析电学参数.利用原子力显微镜(AFM)和描电子显微镜(SEM)对薄膜表面形貌进行探测.实验结果表...     

金刚石半导体器件的研究进展

金刚石因其优异的物理化学特性,被视为下一代电力电子器件的终极材料,金刚石半导体器件的制备受到了科研工作者的广泛关注。文章对金刚石基二极管、开关器件和边缘终止效应等方面的研究成果进行了概述。着重阐述了金刚石半导体器件的电学特性,尤其是,在500 ℃高温条件下得到高正向电流密度,阻断能力大于10 kV,并展现出长程稳定性的肖特基势垒二极管;在金属半导体场效应晶体管与金属氧化物半导体场效应晶体管上制得阻断电压超过2 kV的开关器件。同时,针对加工技术带来的表面缺陷,详细讨论了金刚石器件的表面终止技术和缺陷对器件性能的影响,并展望了金刚石半导体在肖特基势垒二极管及场效应晶体管等领域的应用前景。     

小孔等离子弧焊的等离子弧功率损失分析

为了从理论上了解焊接工艺过程中等离子弧的功率损失,通过计算对小孔等离子弧焊的等离子弧功率损失进行了分析.分析表明,等离子弧在焊接过程中的功率损失包括等离子弧通过喷嘴的功率损失、喷嘴出口到小孔的等离子弧功率损失、等离子弧穿过小孔的功率损失等几部分.通过对这几部分损失的定量计算表明,电弧在压缩区、非压缩区和小孔区的功率损失分别为28.16%、10.68%和39.89%,说明功率损失主要来自于枪体及工件的热传导,而辐射和对流所占的比例则较小.     

高功率过模返波管中模式控制研究

采用过模结构,克服常规返波管(BWO)中截止径的限制,提高器件内径,有效地降低同等功率条件下器件内表面的强场,使其低于器件内表面的强场击穿阈值,可以克服器件内表面的强场击穿问题。根据BWO的振荡机理,引入过模反射腔,并使其同相应的慢波结构匹配,克服了过模结构中的模式竞争问题,提高了电子束同慢波结构互作用效率。从理论和模拟两个方面研究了过模返波管中的模式控制,设计了一个X波段输出功率接近10 GW、效率约50%的过模返波管器件。     

微纳米尺度薄膜/基底材料残余应力研究进展

残余应力是功能失效的主要原因，它可能导致薄膜形状发生重大变化，甚至产生分层、屈曲和裂纹。这不仅会破坏器件的结构完整性，而且直接影响到薄膜光学、电学、力学等物理性质，导致严重缩短使用寿命。为了研究薄膜特征参数与残余应力的关系，本文首先概述了微纳米尺度薄膜/基底体系中残余应力的机理模型及测试方法。然后，在单层膜领域，综述了沉积条件、薄膜厚度、工艺参数(溅射功率、工作压力、基底温度、退火状态)等因素对薄膜残余应力的影响；在多层膜领域，介绍了调制周期、缓冲层对薄膜残余应力分布的作用。最后展望了薄膜/基底体系残余应力研究的发展方向，指出应该从机理模型、应力分布规律以及探索功能材料的残余应力等方向开展研究。     

微波ECR氧等离子体参数测量

利用双探针对微波ECR氧离子体参数进行了诊断研究,测量了等离子体的双探针伏安曲线并计算出电子温度和离子密度,分析了气压、微波功率、氧气流量等参数对等离子体参数的影响．结果表明：a．随着气压的升高,等离子体密度先增大后减小,电子温度逐渐减小．b．等离子密度随微波功率的增加先增加后达到饱和,电子温度受微波功率影响很小．c．随着氧气流量的增加,等离子体密度和电子温度都减小．     

微波ECR氧等离子体参数测量

利用双探针对微波ECR氧离子体参数进行了诊断研究,测量了等离子体的双探针伏安曲线并计算出电子温度和离子密度,分析了气压、微波功率、氧气流量等参数对等离子体参数的影响.结果表明:a.随着气压的升高,等离子体密度先增大后减小,电子温度逐渐减小.b.等离子密度随微波功率的增加先增加后达到饱和,电子温度受微波功率影响很小.c.随着氧气流量的增加,等离子体密度和电子温度都减小.     

等离子体工艺引起栅氧化膜损伤的分析

目前在大规模集成电路制造中,IC生产已经进入深亚微米和超深亚微米工艺时代.随着MOS尺寸的不断缩小,等离子体工艺已经成为主流.等离子体工艺引起的栅氧化膜损伤越来越受重视,它可以使MOS器件的各种电学参数发生变化,从而影响器件的性能.本文讨论了等离子体工艺损伤的形成机理、充电损伤和辐射损伤两种损伤模式及减少等离子损伤的几种措施.最后提出了目前有待于进一步研究的问题.     

焊接超薄壁金属波纹管的探讨

阐述了微束等离子弧焊接的基本原理,分析了微束等离子弧焊接超薄壁金属波纹管过程中,影响焊接质量的因素及可能产生的缺陷,提出了提高超薄壁金属波纹管焊接质量稳定性的几点措施。     

栅氧化层击穿的统一逾渗模型

综合E模型和1/E模型中两种不同的缺陷产生机制和逾渗理论,建立了栅氧化层击穿过程中缺陷产生和击穿触发的统一逾渗模型. 该模型认为栅氧化层的击穿触发是由于氧化层中氧空位等缺陷所形成的定域态扩展化的结果,并对氧空位等缺陷的产生动力学进行了统一的描述,使得该模型无论在高场强还是低场强情况下所得的结果,均能较好地描述氧化层击穿过程,从而对长期以来有关栅氧化层击穿的E模型和1/E模型之争做出了较为合理的解释.