检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2024年第15期73卷 179-186页

作者：段宝兴王佳森唐春萍杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

通过引入n^(+)阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管(reverse-conducting lateral insulated gate bipolar transistor,RC-LIGBT)可以实现反向导通,并且优化器件的关断特性,是功率集成电路中一个有竞争力的器件.本文... 详细信息

通过引入n^(+)阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管(reverse-conducting lateral insulated gate bipolar transistor,RC-LIGBT)可以实现反向导通,并且优化器件的关断特性,是功率集成电路中一个有竞争力的器件.本文提出了一种新型载流子积累的RC-LIGBT,它具有电子控制栅(electron-controlled gate,EG)和分离短路阳极(separated short-anode,SSA),可以同时实现较低的导通压降和关断损耗.在正向导通状态,漂移区上方的EG结构可以在漂移区的表面积累一个高密度的电子层,从而大大地降低器件的导通压降.同时,SSA结构的使用还极大优化了器件的关断损耗.另外,低掺杂p型漂移区与SSA结构配合,可以简单地实现反向导通并且消除回吸电压.仿真结果表明,所提出的器件具有优秀的导通压降与关断损耗之间的折衷关系,其导通压降为1.16 V,比SSA LIGBT低55%,其关断损耗为0.099 mJ/cm^(2),比SSA LIGBT和常规LIGBT分别低38.5%和94.7%.

关键词：载流子积累逆导型横向绝缘栅双极晶体管导通压降回吸电压

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肖特基结多数载流子积累新型绝缘栅双极晶体管

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物理学报 2024年第7期73卷 325-332页

作者：段宝兴刘雨林唐春萍杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安 710071

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是现代功率半导体器件的核心,因其良好的电学特性得到了广泛的应用.本文提出了一种具有肖特基结接触的栅半导体层新型多数载流子积累模式IGBT,并对其进行特性研究和仿真分析.... 详细信息

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是现代功率半导体器件的核心,因其良好的电学特性得到了广泛的应用.本文提出了一种具有肖特基结接触的栅半导体层新型多数载流子积累模式IGBT,并对其进行特性研究和仿真分析.当新型IGBT处于导通状态,栅极施加正向偏压,由于肖特基势垒二极管极低的正向导通压降,使得栅半导体层的电压几乎等于栅极电压,从而能够在漂移区中积累大量的多数载流子电子.除了现有的电子外,这些积累的电子增大了漂移区的电导率,从而显著降低了正向导通压降.因此,打破了传统IGBT正向导通压降受漂移区掺杂浓度的限制.轻掺杂的漂移区可以使新型IGBT具有较高的击穿电压,同时减小了关断过程中器件内部耗尽层电容,因此整体米勒电容减小,提升了关断速度,减小了关断时间和关断损耗.分析结果表明,600 V级别的击穿电压时,新型IGBT的正向导通压降,关断损耗和关断时间相比常规IGBT分别降低了 46.2％,52.5％,30％,打破了 IGBT中正向导通压降和关断损耗之间的矛盾.此外,新型IGBT具有更高的抗闩锁能力和更大的正偏安全工作区.新型结构的提出满足了未来IGBT器件性能的发展要求,对于功率半导体器件领域具有重大指导意义.

关键词：绝缘栅双极晶体管积累模式正向导通压降关断损耗

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金刚石二维电导和场效应管研究新进展

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电子学报 2024年第6期52卷 2151-2160页

作者：张金风张进成任泽阳苏凯郝跃西安电子科技大学宽禁带半导体器件与集成技术全国重点实验室微电子学院陕西西安710071 西安电子科技大学芜湖研究院安徽芜湖241002

金刚石表面沟道场效应管以氢终端金刚石表面的二维空穴气2DHG(Two-Dimensional Hole Gas)作为沟道实现输入电压对输出电流的控制,是目前金刚石电子器件的主流结构.该2DHG面电导具有可大范围调控的面电荷密度和较高空穴饱和漂移速度.本... 详细信息

金刚石表面沟道场效应管以氢终端金刚石表面的二维空穴气2DHG(Two-Dimensional Hole Gas)作为沟道实现输入电压对输出电流的控制,是目前金刚石电子器件的主流结构.该2DHG面电导具有可大范围调控的面电荷密度和较高空穴饱和漂移速度.本文回顾了金刚石场效应管器件在直流、频率和功率特性的研究进展,揭示了低迁移率是制约金刚石低功耗高速数字电路、高频器件和高功率微波器件发展的主要因素.从理论和实验总结了金刚石表面电导出现的类调制掺杂的新掺杂机理,尤其实现了室温下2DHG霍尔迁移率提升到680 cm^(2)/Vs,材料方阻从10 kΩ/sq数量级降低到1.4 kΩ/sq电导性能的突破.相信这将会引起金刚石场效应管性能极大提升和器件的快速发展.

关键词：金刚石氢终端场效应管二维空穴气

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斜切蓝宝石衬底上GaN薄膜的位错降低机制

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物理学报 2023年第19期72卷 188-194页

作者：徐爽许晟瑞王心颢卢灏刘旭贠博祥张雅超张涛张进成郝跃西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体国家工程研究中心宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

GaN材料以其宽禁带、高击穿电场、高热导率、直接带隙等优势被广泛应用于光电子器件、大功率器件以及高频微波器件等方面.由于GaN材料异质外延带来的大晶格失配和热失配问题,GaN在生长过程中会产生大量位错,降低了GaN材料晶体质量,导致... 详细信息

GaN材料以其宽禁带、高击穿电场、高热导率、直接带隙等优势被广泛应用于光电子器件、大功率器件以及高频微波器件等方面.由于GaN材料异质外延带来的大晶格失配和热失配问题,GaN在生长过程中会产生大量位错,降低了GaN材料晶体质量,导致器件性能难以进一步提升.为此,研究人员提出使用斜切衬底来降低位错密度,但是关于斜切衬底上外延层的位错湮灭机制的研究还不充分.所以,本文采用金属有机化合物化学气相淀积技术在不同角度的斜切蓝宝石衬底上生长了GaN薄膜,采用原子力显微镜、高分辨X射线衍射仪、光致发光测试、透射电子显微镜详细地分析了斜切衬底对GaN材料的影响.斜切衬底可以显著降低GaN材料的位错密度,但会导致其表面形貌发生退化.并且衬底斜切角度越大,样品的位错密度越低.通过透射电子显微镜观察到了斜切衬底上特殊的位错终止现象,这是斜切衬底降低位错密度的主要原因之一.基于上述现象,提出了斜切衬底上GaN生长模型,解释了斜切衬底提高GaN晶体质量的原因.

关键词：斜切蓝宝石衬底 GaN 位错终止透射电子显微镜

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离子注入诱导成核外延高质量AlN

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物理学报 2024年第19期73卷 244-250页

作者：余森许晟瑞 †陶鸿昌王海涛安瑕杨赫许钪张进成郝跃西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体器件与集成技术全国重点实验室宽禁带半导体国家工程研究中心西安710071 西安电子科技大学广州研究院广州510555 陕西省大功率半导体照明工程技术中心西安710071

超宽禁带AlN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、直接带隙等优势,被广泛应用于光电子器件和电力电子器件等领域.AlN材料的质量影响着AlN基器件的性能,为此研究人员提出了多种方法来提高异质外延AlN晶体的质量,但是这些方法工艺... 详细信息

超宽禁带AlN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、直接带隙等优势,被广泛应用于光电子器件和电力电子器件等领域.AlN材料的质量影响着AlN基器件的性能,为此研究人员提出了多种方法来提高异质外延AlN晶体的质量,但是这些方法工艺复杂且成本高昂.因此,本文提出了诱导成核的新方法来获得高质量的AlN材料.首先,对纳米图案化的蓝宝石衬底注入不同剂量的N离子进行预处理,随后基于该衬底用金属有机化学气相沉积法外延AlN基板,并在其上生长多量子阱结构,最后基于此多量子阱结构制备紫外发光二极管.研究结果表明,在注入N离子剂量为1×10^(13) cm^(-2)的衬底上外延获得的AlN基板,其表面粗糙度最小且位错密度最低.由此可见,适当剂量的N离子注入促进了AlN异质外延过程中的横向生长与合并过程;这可能是因为N离子的注入,抑制了初期成核过程中形成的扭曲的镶嵌结构,有效地降低了AlN的螺位错以及刃位错密度.此外,基于该基板制备的多量子阱结构,其残余应力最小,光致发光强度提高到无注入样品的152%.此外,紫外发光二极管的光电性能大幅提高,当注入电流为100 mA时,光输出功率和电光转换效率分别提高了63.8%和61.7%.

关键词：氮化铝离子注入金属有机化学气相淀积发光二极管

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新型载流子积累的RC-LIGBT

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物理学报 2024年

作者：段宝兴王佳森唐春萍杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室

通过引入n+阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管（Reverse-Conducting Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，RC-LIGBT）可以实现反向导通，并且优化器件的关断特性，是功率集成电路中一个有竞争力的器件。本... 详细信息

通过引入n+阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管（Reverse-Conducting Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，RC-LIGBT）可以实现反向导通，并且优化器件的关断特性，是功率集成电路中一个有竞争力的器件。本文提出了一种新型载流子积累的RC-LIGBT，它具有电子控制栅（Electron-controlled Gate，EG）和分离短路阳极（Separated Short-Anode，SSA），可以同时实现较低的导通压降和关断损耗。在正向导通状态，漂移区上方的EG结构可以在漂移区的表面积累一个高密度的电子层，从而大大地降低器件的导通压降。同时，SSA结构的使用也极大优化了器件的关断损耗。另外，低掺杂p型漂移区与SSA结构配合，可以简单地实现反向导通并且消除回吸电压。仿真结果表明，所提出的器件具有优秀的导通压降与关断损耗之间的折衷关系，其导通压降为1.16V，比SSA LIGBT低55%，其关断损耗为0.099mJ/cm2，比SSA LIGBT和常规LIGBT分别低38.5%和94.7%。

关键词：载流子积累 RC-LIGBT 导通压降回吸电压

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非钳位感性开关测试下双沟槽4H-SiC功率MOSFET失效机理研究

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物理学报 2022年第13期71卷 347-353页

作者：郭建飞李浩王梓名钟鸣浩常帅军欧树基马海伦刘莉西安电子科技大学广州研究院广州510555 西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体国家重点实验室西安710071

本文对非钳位感性开关(unclamped inductive switching,UIS)下4H-SiC双沟槽功率MOSFET失效机理进行实验和理论研究.结果表明,不同于平面功率MOSFET器件失效机理,在单脉冲UIS测试下双沟槽功率MOSFET器件的栅极沟槽底角处的氧化层会发生损... 详细信息

本文对非钳位感性开关(unclamped inductive switching,UIS)下4H-SiC双沟槽功率MOSFET失效机理进行实验和理论研究.结果表明,不同于平面功率MOSFET器件失效机理,在单脉冲UIS测试下双沟槽功率MOSFET器件的栅极沟槽底角处的氧化层会发生损坏,导致了器件失效.测量失效器件的栅泄漏电流和电阻,发现栅泄漏电流急剧增大,电阻仅为25Ω;失效器件的阈值电压稳定不变.使用TCAD软件对雪崩状态下的器件电场分布进行仿真计算发现,最大电场位于栅极沟槽底拐角处,器件内部最大结温未超过电极金属熔点,同时也达到了理论与仿真的吻合.

关键词： 4H-SiC 双沟槽 MOSFET 单脉冲雪崩击穿能量失效机理栅极沟槽拐角氧化层断裂

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一种能够改善鲁棒性的新型4H-SiC ESD防护器件

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物理学报 2022年第19期71卷 348-354页

作者：常帅军马海伦李浩欧树基郭建飞钟鸣浩刘莉西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体国家重点实验室西安710071 西安电子科技大学广州研究院广州510555

2020年,韩国学者以4H-SiC材料为基底提出了一种新型ESD防护器件HHFGNMOS(high holding voltage floating gate NMOSFET),此结构显著改善了4H-SiC GGNMOS(grounded-gate NMOSFET)因SiC材料特性导致的剧烈回滞现象.但是在HHFGNMOS结构中仍存在电流分布过于密集的问题.在本文中首次将comb-like结构用于HHFGNMOS防护器件,将器件的漏区底部进行梳型改造,充分利用电流集边效应使电流分布变得均匀,并通过TCAD仿真给出了Comb-like结构的设计变量对结构性能的影响.基于4H-SiC的GGNMOS,HHFGNMOS,Comb-like HHFGNMOS在TLP脉冲下的瞬态仿真结果显示,comb-like HHFGNMOS的二次失效电流I相比GGNMOS以及HHFGNMOS由17 A提高到22 A,提高了29%;此外comb-like HHFGNMOS回滞相比GGNMOS及HHFGNMOS减小了55.2%和5%.因此在面积不变、工艺相兼容的情况下较大程度改善了器件的鲁棒性,减小了回滞效应.

关键词： HHFGNMOS Comb-like HHFGNMOS 4H-SiC 电流密度分布

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CMOS反相器的快上升沿强电磁脉冲损伤特性

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强激光与粒子束 2022年第8期34卷 75-83页

作者：梁其帅柴常春吴涵李福星刘彧千杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体国家重点实验室西安710071

随着电磁环境的日益复杂,保证集成电路(IC)的可靠性成为一个巨大的挑战。在此基础上,通过对CMOS反相器的仿真和实验研究,研究了快上升沿电磁脉冲(EMP)引起的陷阱辅助隧穿(TAT)效应。对此进行了详细的机理分析用于解释其物理损伤过程。EM... 详细信息

随着电磁环境的日益复杂,保证集成电路(IC)的可靠性成为一个巨大的挑战。在此基础上,通过对CMOS反相器的仿真和实验研究,研究了快上升沿电磁脉冲(EMP)引起的陷阱辅助隧穿(TAT)效应。对此进行了详细的机理分析用于解释其物理损伤过程。EMP感应电场在氧化层中产生陷阱和泄漏电流,从而导致器件的输出退化和热失效。建立了退化和失效的理论模型,以描述输出退化及热积累对EMP特征的依赖性。温度分布函数由半导体中的热传导方程导出。基于TLP测试系统进行的相应实验证实了出现的性能退化,与机理分析一致。Sentaurus TCAD的仿真结果表明,EMP引起的损坏是由栅极氧化层中发生的TAT电流路径引起的,这也是器件的易烧坏位置。此外,还讨论了器件失效与脉冲上升沿的关系。本文的机理分析有助于加强其他半导体器件的EMP可靠性研究,可以对CMOS数字集成电路的EMP加固提出建议。

关键词： CMOS反相器电磁脉冲陷阱辅助隧穿机理分析

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单手性半导体碳纳米管的分离及其在电子学中的应用研究进展

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固体电子学研究与进展 2024年第6期44卷 519-546页

作者：孙雅楠雷毅敏祝杰杰魏宇翔张鹏朱青李培咸马晓华西安电子科技大学先进材料与纳米技术学院西安710126 西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体器件与集成技术国家重点实验室西安710071

半导体性单壁碳纳米管(Semiconducting single-walled carbon nanotubes,s-SWCNTs)以其高载流子迁移率和弹道运输等优异的电学特性,成为后摩尔时代新型半导体材料的有力竞争者。经过20多年的发展,碳基电子技术在s-SWCNTs的材料提纯、基... 详细信息

半导体性单壁碳纳米管(Semiconducting single-walled carbon nanotubes,s-SWCNTs)以其高载流子迁移率和弹道运输等优异的电学特性,成为后摩尔时代新型半导体材料的有力竞争者。经过20多年的发展,碳基电子技术在s-SWCNTs的材料提纯、基于s-SWCNTs的场效应晶体管(CNT FETs)的制备,以及基于CNT FETs的器件物理等基础问题上已经取得显著进展。然而s-SWCNTs的手性多样性引发的CNT FETs电学性能波动等问题,限制了s-SWCNTs在具有先进制程和卓越性能的高端集成电路(Integrated circuit,IC)中的应用。单手性的s-SWCNTs不仅展现出优异的电学性能,还具有可控的结构和稳定的性能,这些特性对其在高端IC中的应用至关重要。尽管如此,在提高单手性s-SWCNTs的分离纯度和产量,以及优化单手性CNT FETs方面,仍面临诸多挑战。本文综述了碳纳米管手性分选的方法,并重点讨论了共轭聚合物后处理方法的研究进展。然后总结了单手性CNT FETs的研究进展,并分析了未来的发展方向。最后对单手性s-SWCNTs的应用前景进行了展望,分析了未来将要面临的挑战和机遇。

关键词：半导体性碳纳米管单手性共轭聚合物包裹场效应晶体管

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