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基于PWM控制方式的电源管理芯片设计与实现

基于PWM控制方式的电源管理芯片设计与实现

引用

作者：吴铁峰西安电子科技大学

学位级别：博士

近年来,随着我国经济的发展,计算机、通讯等行业对电源产品需求不断的增长,电源控制器的研究己成为国内外功率电子学领域中的一大热点。传统的线性稳定电源因为输出精度低、效率低、散热问题大以及很难在一个通用的输入电压范围内工作,... 详细信息

近年来,随着我国经济的发展,计算机、通讯等行业对电源产品需求不断的增长,电源控制器的研究己成为国内外功率电子学领域中的一大热点。传统的线性稳定电源因为输出精度低、效率低、散热问题大以及很难在一个通用的输入电压范围内工作,逐渐被体积小,重量轻,稳定可靠的开关电源所取代。所以选择以开关电源控制芯片作为课题,不仅具有理论意义,同时也有很大的经济效益和社会效益。在本论文系统电路设计中,从PWM脉冲的产生原理出发,通过该芯片正常工作所应具有的功能展开分析,得出该芯片的功能模块组成,针对电路系统逻辑与功能,详细地说明了电路系统包含的各种功能模块。电路模拟仿真是基于华越微电子公司提供的SB45双极工艺和SMIC的1.2μm工艺,利用了Cadence Spectre和Hspice等仿真工具。 1对基准电压电路进行了重点研究分析,在基准电压电路设计中,采用稳压二极管实现了高的温度补偿功能,提高了基准电压的精度和电压抑制比。 2针对压控PWM比较器的缺陷,提出并采用了一种用于PWM控制电路的电压比较器结构,该比较器能够同时对多路输入信号进行比较,并对输出信号进行锁存,有效地保护了PWM控制电路。 3基于系统和电路设计,研制出了基于PWM控制方式的电源管理芯片,应用结果表明芯片性能达到设计指标要求。 4对于系统电路中重点模块的BiCMOS、CMOS结构电路进行了一定的研究。 5提出了一个测量放大器共模抑制比计算模型,仿真结果表明所提出的模型具有更高的计算精度。 6针对超薄栅氧化层MOS器件,建立了栅隧穿电流与沟道表面势及氧化层厚度等关系的理论模型,且该模型的理论分析结果与仿真结果相符。在说明电路的系统功能后,根据设计规则完成版图的设计,利用版图验证工具对整个版图进行了DRC和LVS检查。芯片完成了流片,并对封装后的芯片成品进行了测试,测试结果表明,在高电压和高温度范围内,芯片工作正常,各项指标能够满足设计要求。在小尺寸器件的研究中,栅隧穿电流的存在对器件和所构成的电路影响显著,对栅隧穿电流影响下体硅、应变Si小尺寸器件及电路特性进行研究的仿真结果与理论分析一致。文中所设计的芯片及完成的器件理论模型所得到的数据和理论将为超大规模集成电路的设计提供有价值的参考。

关键词：开关电源脉宽调制电路设计小尺寸器件栅隧穿电流理论模型器件仿真

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ZnO:Ga纳米线阵列水热生长及其紫外光探测性能研究

ZnO:Ga纳米线阵列水热生长及其紫外光探测性能研究

引用

作者：徐能昌东华理工大学

学位级别：硕士

氧化锌（ZnO）是一种宽禁带半导体,在室温下的禁带宽度约为3.37eV,具有优越的光电性能,被认为是应用在紫外光探测器最有希望的材料之一。低成本、高性能的ZnO基紫外光探测器在许多重要领域具有广泛的应用前景和发展潜力,目前,这类紫外... 详细信息

氧化锌（ZnO）是一种宽禁带半导体,在室温下的禁带宽度约为3.37eV,具有优越的光电性能,被认为是应用在紫外光探测器最有希望的材料之一。低成本、高性能的ZnO基紫外光探测器在许多重要领域具有广泛的应用前景和发展潜力,目前,这类紫外光探测器性能仍亟待提升。本文利用溶胶-凝胶法制备镓（Ga）掺杂的ZnO（ZnO:Ga）薄膜作为种子层,采用水热法在掺杂氟的氧化锡（FTO）叉指电极上生长ZnO:Ga纳米线阵列,以此作为光敏层,制备一系列紫外光探测器,系统研究了Ga掺杂浓度、前驱体浓度和种子层等因素对ZnO:Ga纳米线阵列形貌、结构及其紫外光探测器性能的影响。主要研究内容和结果如下: 1、研究了ZnO:Ga纳米线阵列生长及其紫外光探测器性能。首先,通过Silvaco半导体工艺和器件仿真软件,对ZnO紫外光探测器进行仿真,证实了使用ZnO制备高性能紫外光探测器的可取性。然后,制备Ga掺杂浓度为1%的ZnO:Ga薄膜作为种子层,在种子层上生长出Ga掺杂浓度为1%的ZnO:Ga纳米线阵列。结果显示:大量ZnO:Ga纳米线整齐地、近垂直方向排列在衬底上,为六方纤锌矿结构。在波长365nm、71μW/cm2光强的紫外光照射下,器件的响应度、灵敏度、响应时间、恢复时间、探测率和外量子效率分别为72.8A/W（5 V）、747.8（0V）、9.8 s、45.8 s、5.5×1012Jones和2.5×10～4%。 2、研究了Ga掺杂浓度对ZnO:Ga纳米线阵列形貌、结构及其紫外光探测器性能的影响。采用水热法,在FTO叉指电极上生长了Ga掺杂浓度分别为0%、0.5%、1%、2%和4%的ZnO:Ga纳米线阵列。结果发现:所有ZnO:Ga纳米线均为六方纤锌矿结构,Ga掺杂浓度为4%时,ZnO纳米线未形成良好排列的阵列。并以它们作为光敏层,制备了五种紫外光探测器。结果表明:所有器件对365nm紫外光均有良好的响应,基于Ga掺杂浓度为1%的ZnO:Ga纳米线阵列紫外光探测器综合性能最佳。 3、研究了前驱体浓度对ZnO:Ga纳米线阵列形貌、结构及其紫外光探测器性能的影响。使用10mM、25mM、50mM和75mM四种不同前驱体浓度（硝酸镓和六次甲基四胺摩尔浓度相同）,水热生长了ZnO:Ga纳米线阵列,结果显示:所有样品均为整齐排列的ZnO:Ga纳米线阵列,前驱体浓度为25mM时,ZnO:Ga纳米线阵列最致密,纳米线直径在30-40nm之间。以它们作为光敏层制备紫外光探测器,结果表明:前驱体浓度为25mM时,ZnO:Ga纳米线阵列紫外光探测器综合性能最优。 4、研究了不同种子层对ZnO:Ga纳米线阵列紫外光探测器性能的影响。首先,制备了几种不同的薄膜作为种子层,分别为石墨烯（Graphene）薄膜、纯ZnO薄膜、ZnO:Ga薄膜、铝（Al）掺杂的ZnO薄膜（ZnO:Al）和Graphene/ZnO:Ga双层薄膜。并在薄膜上生长ZnO:Ga纳米线阵列,以它们为光敏层制备紫外光探测器。结果表明,基于ZnO:Ga薄膜的ZnO:Ga纳米线阵列紫外光探测器综合性能较好,并详细分析了其中的原因。

关键词：镓掺杂氧化锌纳米线阵列水热法紫外光探测器探测率器件仿真

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碳化硅金属氧化物半导体场效应管静态参数的高温特性研究

碳化硅金属氧化物半导体场效应管静态参数的高温特性研究

引用

作者：曾亮同济大学

学位级别：硕士

功率SiCMOSFET器件具有高临界击穿场强、宽禁带宽度、低功耗，且能耐受高温等优点，被重点应用于航空航天、轨道交通、石油勘探等特殊场景。随着高温需求场景越来越多，SiCMOSFET的静态参数受温度干扰所引发的问题也越来越受到重视，这... 详细信息

功率SiCMOSFET器件具有高临界击穿场强、宽禁带宽度、低功耗，且能耐受高温等优点，被重点应用于航空航天、轨道交通、石油勘探等特殊场景。随着高温需求场景越来越多，SiCMOSFET的静态参数受温度干扰所引发的问题也越来越受到重视，这更是高压器件的设计中无法避免的问题。目前对SiCMOSFET器件的温度特性的研究还比较薄弱，因此，对SiCMOSFET温度特性的研究至关重要。文章针对高压4H-SiCUMOSFET在高温下的静态参数温度特性进行研究，主要包括以下内容：　　1)基于已有的经验模型，针对4H-SiC材料进行参数优化，选用Silvaco公司的Atlas数值仿真软件，对所研究的4H-SiCUMOSFET进行物理模型的建立。　　2)设计预计耐压级别为3300V的4H-SiCUMOSFET，通过理论计算以及器件仿真，得到了器件的各结构参数，设计了P+屏蔽层作为栅氧保护结构，有效降低了栅氧化层内部的电场强度，并在Devedit平台上建立三维元胞结构。最终得到的元胞结构在常温下的击穿电压为4450V。　　3)对所设计的元胞结构进行300~700K温度范围内的静态特性仿真，得到各特征参数随温度变化的规律及相应的特征曲线，并在物理机理上对各参数的温度特性作出了合理分析;最后在25℃~175℃温度范围内对中?公司的SiCMOSFET单芯片进行测试，试验测得的SiCMOSFET特性随温度的变化与仿真结果相符合。　　本文所开展的3300V4H-SiCUMOSFET器件的结构设计、器件仿真以及静态高温特性等研究工作，为国内高压SiCMOSFET器件的研制提供了参考。

关键词：金属氧化物半导体场效应管碳化硅静态参数高温特性器件仿真

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基于0.18umBCD的25V LDMOS的设计

基于0.18umBCD的25V LDMOS的设计

引用

作者：梅华斌东南大学

学位级别：硕士

最近这几年，电子产品的发展日新月异，各种消费产品层出不穷，促使功率元件的需求在大幅度增加。0.18umBCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺主要是为了数字电源、电机驱动、音频功放、LED驱动、电池保护和高端电源管理等新兴应用而开发的，具... 详细信息

最近这几年，电子产品的发展日新月异，各种消费产品层出不穷，促使功率元件的需求在大幅度增加。0.18umBCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺主要是为了数字电源、电机驱动、音频功放、LED驱动、电池保护和高端电源管理等新兴应用而开发的，具有高集成度、低功耗、低开启电阻、多样工艺选项和可编程等优点，极大地方便客户选择，为客户提供更多的价值。为了把功率元件与现在的平面工艺整合到一起，需要把传统的垂直式元件结构改变成横向式元件结构的设计。在这之中最重要的元件是横向式双扩散金属氧化物场效应晶体管(LateralDouble-DiffusedMOSFET，LDMOS)。因此设计出性能优越的高压LDMOS器件对整个BCD工艺的开发就显得至关重要。国内目前成熟的高压0.18umBCD工艺很少，很大程度上还依赖国外的技术，所以自主研发高压LDMOS有着重要的实际意义。\n 本文基于华润上华科技有限公司的0.18um25VBCD的工艺项目，介绍了BCD的发展历程，对传统型LDMOS和运用降低表面电场(ReducedSurfaceField，RESURF)技术的LDMOS的特性进行了理论分析。论文运用场板结构来降低表面电场，并分析研究了HS-NLDMOS、LS-NLDMOS以及PLDMOS三种高压器件结构。通过优化器件结构，折中关态击穿电压和导通电阻、关态和开态特性;并将LDMOS的击穿位置限定在特定位置，提高器件的可靠性。为了保证器件工作在一个安全的区域，改进了外延层的厚度，调整了阱注入的先后顺序和刻蚀菜单，运用工艺仿真软件Sentaurus进行了模拟，并进行了流片实验。\n 经过工艺线上多次流片实验，最终成功做出满足设计指标的LDMOS器件，HS-LDMOS阈值电压为0.828V，击穿电压为51.1V，特征导通电阻为***2;LS-LDMOS阈值电压为0.828V，击穿电压为51.1V，特征导通电阻为***2;PLDMOS阈值电压为0.882V，击穿电压为44.6V，特征导通电阻为***2。器件的可靠性与安全工作区均比较理想，达到了设计目标要求，满足实际应用要求。

关键词：双扩散金属氧化物场效应晶体管降低表面电场工艺审计器件仿真击穿电压

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N、V共掺非本征SiC光触发晶闸管的特性研究

N、V共掺非本征SiC光触发晶闸管的特性研究

引用

作者：万航旗西安理工大学

学位级别：硕士

光触发晶闸管由于采用光脉冲信号触发导通,使得其具有天然的光电隔离和抗电磁干扰等优点,在光自动控制等工业领域具有很大的应用价值。通常4H-SiC光触发晶闸管采用紫外光源以本征吸收模式触发导通,而紫外光源存在成本高、体积大和光污... 详细信息

光触发晶闸管由于采用光脉冲信号触发导通,使得其具有天然的光电隔离和抗电磁干扰等优点,在光自动控制等工业领域具有很大的应用价值。通常4H-SiC光触发晶闸管采用紫外光源以本征吸收模式触发导通,而紫外光源存在成本高、体积大和光污染等缺点,进而引起了人们对4H-SiC非紫外光触发晶闸管的研究兴趣。因此,利用N、V共掺SiC材料的非本征光吸收特性,开展N、V共掺非本征4H-SiC光触发晶闸管仿真研究,进行器件结构参数优化以及光触发特性的探索,具有重要的研究意义。本文主要研究内容如下:1.建立了 N、V共掺SiC材料仿真模型。采用共面电极结构,仿真了 SiC光导开关(Nv=1.0×1017cm-3,NN=1.0×1016cm-3)的暗态伏安特性和瞬态响应特性,研究结果与文献报道的实验数据吻合,验证了模型的合理性。2.提出了一种N、V共掺非本征SiC光触发晶闸管结构,并进行了结构参数的优化设计。在分析非本征SiC光触发晶闸管工作原理的基础上,进行了非本征SiC光触发晶闸管的正向阻断特性和开通特性的优化设计。仿真表明,长基区厚度为200μm,N杂质浓度为7.0 ×1014cm-3,V杂质浓度为5.0× 1014cm-3时,器件的正向阻断电压为17.96kV左右;采用λ=0.532μm@400mW/cm2的光脉冲信号触发,SiC光触发晶闸管表现出直接导通特性。3.研究了 N、V共掺非本征SiC光触发晶闸管的光触发特性。当长基区中的N杂质浓度为2.0×1014cm-3,V杂质浓度处于2.0×1013cm-3-1.0×1015cm-3范围时,器件的光触发特性区别较小。随着长基区中少子寿命的减小,器件的延迟时间逐渐变大。随着光功率密度的增加,器件的转折导通电压逐渐减小,开通响应速度逐渐变快。采用λ=0.532μm,功率密度为500mW/cm2,脉宽为2.0μs的光脉冲触发,有门极槽4H-SiC光触发晶闸管的开通延迟时间td与电流上升时间tr分别约为0.97μs和503ns;无门极槽4H-SiC晶闸管的td和tr分别约为1.67μs和538ns,与之前相比,分别增加了约72.2%和6.7%。

关键词： 4H-SiC 钒掺杂光触发晶闸管器件仿真

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二维材料场效应晶体管电学性能分析

二维材料场效应晶体管电学性能分析

引用

作者：杜琛上海电力大学

学位级别：硕士

硅基电子器件从诞生起始终遵循摩尔定律而发展迅速,但随着器件尺寸不断减小已经渐渐难以满足摩尔定律,更不能适应信息时代的发展需求,因此,迫切需求寻找新的高性能半导体材料来替代硅。石墨烯具有超高的载流子迁移率,很适合制作射频器件... 详细信息

硅基电子器件从诞生起始终遵循摩尔定律而发展迅速,但随着器件尺寸不断减小已经渐渐难以满足摩尔定律,更不能适应信息时代的发展需求,因此,迫切需求寻找新的高性能半导体材料来替代硅。石墨烯具有超高的载流子迁移率,很适合制作射频器件,但零禁带宽度使其不适合做逻辑器件。二硫化钼具有天然可调带隙,表面无悬挂键等特点,适合制备高性能的场效应管,更重要的是二硫化钼场效应管对短沟道效应有良好的抑制作用。目前已有很多石墨烯和二硫化钼场效应晶体管的实验研究,器件的性能不断提升,但沟道材料与绝缘介质界面的研究还不够完善。器件仿真软件功能强大,可以方便地定义石墨烯和二硫化钼等材料参数,给工艺设计和器件仿真带来极大便利。六方氮化硼与石墨烯类似也是二维结构,表面平坦度高,二维材料在氮化硼衬底上的载流子迁移率很高。氮化硼衬底不仅可以打开石墨烯带隙,而且可以提高二维材料场效应管的电学性能。本文建立了氮化硼衬底和介质层的场效应晶体管,并对影响器件性能的因素进行仿真研究。主要内容如下:1)介绍石墨烯和二硫化钼的结构和性质以及主要应用领域,比较了二维材料的制备方法和不同的表征手段。分析场效应晶体管的基本工作原理,总结用以打开石墨烯带隙的各种方式,对石墨烯和二硫化钼场效应晶体管的研究进展进行综述。2)在仿真软件中,对二氧化硅衬底的石墨烯场效应晶体管建模,验证了建模的可行性,进而建立以氮化硼作为衬底和栅介质的器件模型。获取不同偏压下,GFET器件的转移特性曲线和输出特性曲线。利用交流小信号模型对GFET器件进行交流特性仿真,得到栅电容随栅电压关系曲线和截止频率等射频特性,进一步测试陷阱密度对器件转移特性的影响。二硫化钼作为类石墨烯材料,同样具有优秀的电学性质。我们仿真了氮化硼衬底的二硫化钼场效应晶体管,研究了栅长、介质厚度和栅介质材料等对器件电学性能的影响,同样地,我们研究了陷阱密度和陷阱位置对器件阈值电压的影响。

关键词：石墨烯二硫化钼场效应晶体管界面陷阱器件仿真

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薄晶硅太阳能电池设计与优化研究

薄晶硅太阳能电池设计与优化研究

引用

作者：谢光淋杭州电子科技大学

学位级别：硕士

相较于传统的厚晶硅太阳能电池,薄晶硅太阳能电池凭借其高成本效益和电池柔性等显著特性,成为了未来技术发展的重要趋势。然而,至今,该领域的研究进展仍显著滞后于传统晶硅太阳能电池技术。为了促进效率的进一步提升,采纳并执行先进设... 详细信息

相较于传统的厚晶硅太阳能电池,薄晶硅太阳能电池凭借其高成本效益和电池柔性等显著特性,成为了未来技术发展的重要趋势。然而,至今,该领域的研究进展仍显著滞后于传统晶硅太阳能电池技术。为了促进效率的进一步提升,采纳并执行先进设计至关重要。本文首先以钝化发射极及后表面电池（Passivated Emitter and Rear Cell,PERC）结构为基础,创新设计了一款20μm厚度的薄晶硅太阳能电池。在这种新型设计中,太阳能电池的前表面采用Si Ox/Si Nx/Si O2多层复合薄膜结构,以取代传统PERC电池中的单层Si Nx薄膜结构,同时在电池的后表面增设了一层Si Ox薄膜。为了进一步提升电池性能,还应用了选择性发射极（Selective Emitter,SE）技术和局部背表面场（Local Back Surface Field,LBSF）技术。这些设计和技术的综合应用,不仅优化了太阳能电池前表面的钝化效果,还显著增强了电池整体的光吸收性能。通过仿真计算和迭代优化过程,确定了前后表面薄膜层的最佳厚度,验证了所设计薄晶硅太阳能电池设计的可行性。在实验室环境下,成功制备了尺寸为3×3厘米的薄晶硅太阳能电池,并对其进行了全面的参数表征和深入分析,结果强有力地证明了所做出的创新设计在提升薄晶硅太阳能电池性能上的显著功效。与基准电池相比较,实现了短路电流密度Jsc从34.3增加至38.2 m A/cm2、开路电压Voc从632提升至684 m V,以及最优样品电池填充因子从76.2%增至80.8%,从而实现了从16.5%至21.1%的光电转换效率提升。随后采用相同的优化策略,对180μm厚的PERC太阳能电池进行了光学及电学上的改进,主要包括减少晶硅层至140μm厚度,并对电池前后表面的钝化层及减反射膜进行了精细调整。通过仿真分析,本研究对电池在经过优化前后性能的变化进行了评估。仿真结果表明,尽管电池厚度从180μm减少至140μm,优化后的电池性能不仅未受影响,反而相比参考电池有所提升,光电转换效率从22.0%增加至22.3%。在电池组件级别的仿真分析进一步证明了这一点,优化后的组件最大输出功率提升至390W,较参考组件增加了14W。

关键词：光伏,晶硅太阳能电池薄晶硅效率提升制备器件仿真

来源：评论

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基于硅和锗的新型APD结构设计与研究

基于硅和锗的新型APD结构设计与研究

引用

作者：魏佳童哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

现如今雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode, APD)在光通信、测距、激光系统中应用的越来越广泛。它具有尺寸小、内部增益高、频率响应快、电压低等优点。雪崩光电二极管器件性能主要受器件结构和使用材料影响,用于制备雪崩光电二极... 详细信息

现如今雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode, APD)在光通信、测距、激光系统中应用的越来越广泛。它具有尺寸小、内部增益高、频率响应快、电压低等优点。雪崩光电二极管器件性能主要受器件结构和使用材料影响,用于制备雪崩光电二极管的材料主要有锗(Ge)、硅(Si)和Ⅲ-Ⅴ族化合物。Ge可探测800nm～1700nm波长的光信号,Si可用于探测200nm～1100nm波长的光信号。基本的Si-APD非常适合应用在光接收机中,具有电容小、暗电流低和噪声小等优点。但是由于光的吸收率受Si材料禁带宽度的影响,Si-APD通常限制在800nm～900nm范围内使用,所以如何通过结构设计拓宽APD器件探测波长范围已成为现在APD的研究重点。本文首先在典型SACM型APD结构模型下,推导了耗尽区的电场分布。从光吸收理论出发,研究了从入射光子到碰撞电离过程最后到产生雪崩倍增电流的微观行为。推导器件量子效率计算公式。基于SilvacoTCAD半导体工艺模拟仿真软件,对器件结构进行定义,描述了器件材料模型和载流子迁移率模型。通过菲涅尔方程推导了表面增透膜材料、厚度需要满足的条件,探讨了单层抗反射膜和双层抗反射膜的区别,器件采用双层抗反射膜。给出了器件保护环对器件性能的影响,分析不同结构的保护环的工艺制备流程和优缺点,最后提出了高电场植入型和沟槽型结合的保护环结构。接着,基于SilvacoTCAD半导体工艺模拟仿真软件,通过Atlas模块进行模型构建,对SACM型Si-APD器件的结构特性和光学特性进行仿真,分析其在探测波长范围时的局限性。进而,提出了一种提出了一种改进型APD( Integrated APD with Si and Ge material,IASG)器件结构,然后对该IASG器件进行基本光电特性模拟,对比讨论IASG器件的优越性。这里调用碰撞电离模型,载流子间接复合模型,载流子迁移率模型及光照注入模型。最后,给出了该器件工艺加工的可行性流程。

关键词：雪崩光电二极管波长范围器件仿真硅锗

来源：评论

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低暗电流近红外雪崩光电二极管结构设计与性能研究

低暗电流近红外雪崩光电二极管结构设计与性能研究

引用

作者：尚肖山东理工大学

学位级别：硕士

近年来,近红外雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)作为一种固态光电探测器件,已凭借其内部增益等优异特性在通信、战略预警、制导、医学以及大气监测等众多领域发挥着重要作用。相较于PIN等其他类型探测器,雪崩光电探测器随着反... 详细信息

近年来,近红外雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)作为一种固态光电探测器件,已凭借其内部增益等优异特性在通信、战略预警、制导、医学以及大气监测等众多领域发挥着重要作用。相较于PIN等其他类型探测器,雪崩光电探测器随着反偏电压的增加,器件内部会发生雪崩倍增效应从而使之获得高增益和高响应度,但同时也会出现高暗电流的问题,影响其可靠性与稳定性,因此对APD的制备工艺和结构优化提出了更高的要求。本文旨在利用Silvaco TCAD半导体器件仿真模拟工具,对InGaAs/InP APD及InGaAs/InAlAs APD进行结构设计与性能研究,对其暗电流进行深入分析研究,提出低暗电流近红外APD的结构优化设计。研究得到的主要结果如下: 1、对InGaAs/InP APD器件进行建模,深入探讨了吸收层在不同刻蚀深度下的边缘击穿效应。通过与传统单台面结构的对比分析,提出了一种具有浮动保护环结构的新型浅刻蚀台面型InGaAs/InP APD,旨在有效抑制边缘击穿现象。该结构避免了台面结构表面暴露面积大的问题,减少了因刻蚀引入的表面缺陷,抑制了暗电流增加。与不带保护环结构的器件相比,浮动保护环结构能够将浅刻蚀台面型InGaAs/InP APD的有源区局限于中心区域,从而抑制边缘电场,使边缘区域电场强度低于中心区域,有效减少击穿发生的不确定性,大幅提升器件的可靠性,该结论为SAGCM APD的设计优化和器件制备提供了实质性的理论指导。 2、对传统SAGCM InGaAs/InAlAs APD结构、浅台面P-up InGaAs/InAlAs APD结构和浅台面P-down InGaAs/InAlAs APD结构进行建模,基于仿真模型,数值求解了三种器件结构的I-V特性与增益曲线,随后进一步对比分析了三种结构的电场分布及其暗电流特性。与传统台面型APD相比,浅台面型APD的结构设计仅涉及对N型接触层的浅蚀刻,不仅保持了InAlAs倍增层的完整性,减少了侧壁损伤从而有效降低了暗电流的产生,而且避免了对复杂扩散等工艺的依赖,简化了制造流程,实现了对外延结构的精确控制。此外,通过P区倒置的结构,限制了器件内部的电场分布。研究表明,该浅台面P-down APD结构不仅制造工艺更为简单,且在考虑表面因素的情况下,展现了低暗电流优势。

关键词：雪崩光电二极管器件仿真暗电流边缘击穿

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量子点红外太阳能电池的构建及性能仿真

量子点红外太阳能电池的构建及性能仿真

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作者：王康华中科技大学

学位级别：硕士

凭借着可溶液处理、带宽可调以及多激子产生效应等独特的光电特性,硫族铅量子点成为了太阳能电池材料的最佳候选者之一。由于硫族铅量子点带隙较窄,能够有效吸收红外光,因此可与钙钛矿（Eg=1.58-1.68 e V）以及晶体硅（Eg=1.12e V）太... 详细信息

凭借着可溶液处理、带宽可调以及多激子产生效应等独特的光电特性,硫族铅量子点成为了太阳能电池材料的最佳候选者之一。由于硫族铅量子点带隙较窄,能够有效吸收红外光,因此可与钙钛矿（Eg=1.58-1.68 e V）以及晶体硅（Eg=1.12e V）太阳能电池组成高效的串叠型电池。Pb Se量子点太阳能电池的最高转换效率为10.68%,落后于Pb S方面的14.0%的转换效率。然而目前量子点电池相关研究大多忽视了量子点制备方面的优化,由于材料质量直接影响器件性能,因此本文通过对量子点合成方法优化,获取了尺寸分布优越、表面钝化效果好且在空气中稳定的硫化铅以及硒化铅量子点,从而制备了高效率的量子点太阳能电池。本文的主要研究成果包括以下几个方面:1、通过不断地维持硫源或硒源单体浓度,利用量子点生长过程中的量子化的奥斯特瓦尔德熟化效应,最终使得量子点尺寸分布变好;整个合成过程中处于低温条件下,有效地避免了表面重构现象,从而缓解了量子点（100）晶面的暴露情况;合成前驱物中铅源含有Cl-离子,硒源中含有Cd2+,能够有效钝化量子点表面。2、优化后的量子点经过配体交换后,有效地移除了残余的有机物,并且成功引入了卤素配体,钝化了表面缺陷态。制备出的量子点薄膜表面缺陷态较少,并且Pb Se量子点薄膜的平均荧光寿命高于之前文献中的报道值。器件展现出了较好的性能,大尺寸量子点电池在经过滤光片过滤后仍能保留一定的效率。3、通过SCAPS软件仿真太阳能电池器件,模拟了吸光层厚度、迁移率以及缺陷态密度对器件性能的影响。其中最合适的厚度取决于耗尽区的宽度;迁移率对开路电压影响较小,而对外量子效率影响较大;缺陷态密度对器件各个方面都有影响,但对短路电流以及外量子效率的影响没有迁移率大。

关键词：硫化铅硒化铅量子点合成优化太阳能电池器件仿真

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