射频能量AC/DC电荷泵的MOS实现研究

在射频能量AC/DC的能源转换实现研究中提出一种采用低阈值MOS管构成的高效电荷泵.新方 案消除了现有的肖特基二极管高效电荷泵制作工艺特殊、批次性能不够一致的缺陷.分析表 明，通过有机调整MOS管宽长比、器件电容、充电级数等设计参量，可以方便地满足不同的 性能要求，实现集成制作方便、性能稳定的高效射频能量AC/DC型电荷泵. 关键词： 电荷泵 低功耗 高效率     

不同封装方式对肖特基二极管高频性能的影响

肖特基二极管是太赫兹接收机的关键器件,通过在高频下对不同封装形式的肖特基二极管进行建模仿真,研究不同封装方式对肖特基二极管性能的影响。首先通过建立肖特基二极管的仿真模型,在高频结构仿真软件HFSS中对肖特基二极管在0~120GHz频段进行仿真,得到该肖特基二极管的S参数,并对S参数仿真结果和实测结果进行对比,证明了该二极管模型的准确性。然后分别建立肖特基二极管的普通封装模型和肖特基二极管的倒装芯片(flip-chip)封装模型,并对这两种封装模型进行仿真,得到其在两种不同封装结构下的S参数,进而对两种不同封装方式的S参数的-3dB带宽以及相位一致性进行对比分析。最终,对应用于太赫兹波段的肖特基二极管由于封装不同而带来的带宽以及相位的区别及其成因进行分析,论证了flipchip封装更适合应用于太赫兹波段的肖特基二极管,与普通封装相比,该封装在高频下对肖特基二极管的电性能有比较大的改进。     

高效红外上转换显示器件

本文介绍了把激发的红外能量限制在光学腔内,并用单晶代替磷光体使红外上转换显示器件的转换效率获得重大改进。利用布列支曼法获得了BaY_2F_8:Yb,Er单晶。激发能量限制在由反射壁和分色镜组成的光学腔内。指出了转换效率改进的部分原因是延长了 Yb离子激发态寿命。讨论了实现上转换器件最佳化的方法,最后指出了该器件转换效率的实际上限,比以前估计的磷光体二极管的效率高二个数量级。     

基于机械剥离β-Ga_2O_3的Ni/Au垂直结构肖特基器件的温度特性

本文制备了基于机械剥离β-Ga_2O_3的Ni/Au垂直结构肖特基器件,对该器件进行了温度特性I-V曲线测试.器件表现出了良好的二极管特性,随着温度从300 K升高至473 K,势垒高度从1.08 e V上升至1.35 e V,理想因子从1.32降低至1.19,二者表现出了较强的温度依赖特性,这表明器件的肖特基势垒存在势垒高度不均匀的问题.串联电阻随温度升高而降低,这主要是热激发载流子浓度升高导致的.本文利用势垒高度的高斯分布对器件的温度特性进行了修正,修正后的势垒高度为1.54 e V,理查孙常数为26.35 A·cm~(–2)·K~(–2),更接近理论值,这表明利用高斯分布势垒高度的热电子发射模型能够很好地解释Au/Ni/β-Ga_2O_3肖特基二极管的I-V温度特性问题,这种方法更适合用来测量β-Ga_2O_3肖特基二极管的电学参数.     

同轴波导虚阴极振荡器二极管参数优化的研究

采用粒子模拟研究了同轴波导虚阴极振荡器二极管参数对微波效率和频率的影响,得到了由二极管参数改变引起的二极管阻抗变化及其对微波效率的影响规律. 借鉴具有慢波结构的高功率微波器件中微波模式特性阻抗的计算方法,给出同轴波导虚阴极振荡器中微波主模式特性阻抗的理论计算公式. 将理论计算结果与由粒子模拟对器件进行优化后得到的二极管阻抗进行比较,发现当反映电子束特性的二极管阻抗与微波主模式特性阻抗匹配时,虚阴极振荡器具有较高的束波功率转换效率. 进一步用特性阻抗对其他几种典型结构的虚阴极振荡器进行分析,验证了该方法的合理性,为设计高效率虚阴极振荡器提供了理论指导. 关键词： 虚阴极振荡器 同轴波导 二极管参数 特性阻抗     

肖特基钙钛矿太阳电池结构设计与优化

有机-无机杂化钙钛矿材料有高吸收系数、低廉的制作成本以及较为简单的制备工艺,在近年来表现出良好的发展前景.本文采用wx-AMPS模拟软件对平面结构钙钛矿太阳电池和肖特基钙钛矿太阳电池进行建模仿真对比,从理论上分析无载流子传输层的肖特基钙钛矿太阳电池的优势.结果显示,器件两侧电极功函数和吸收层的能带分布是提高太阳电池效率的关键.在对电极使用Au(功函数为5.1 eV)的前提下,透明导电电极功函数为3.8 eV,可以得到肖特基钙钛矿太阳电池转换效率为17.93%.对器件模型吸收层进行优化,通过寻找合适的掺杂浓度,抑制缺陷密度,确定合适的厚度,可以获得理想的转换效率(20.01%),是平面异质结结构(理论转换效率31%)的63.84%.肖特基钙钛矿太阳电池在简单的器件结构下可以获得优异的光电性能,具有较好的应用潜力.     

一种新型GaN基肖特基结构紫外探测器

提出了一种新型GaN基肖特基结构紫外探测器.该结构在常规的GaN肖特基结构紫外探测器上外加了一层禁带宽度更大的n型AlGaN层，模拟计算结果表明：与常规器件结构相比，该结构能有效地减小表面复合的影响，提高了器件的量子效率.进一步地研究结果还表明：采取较薄、载流子浓度较高的AlGaN层更有利于提高这种新结构器件的量子效率. 关键词： GaN 肖特基结构 紫外探测器 AlGaN     

基于镍-63硅基辐伏能量转换结构初探

针对辐射伏特效应同位素微电池研究中所面临的主要问题——辐伏转换效率提高与辐射损伤 这一相互制约的矛盾体,利用单晶硅低能电子辐照感生缺陷行为研究,结合两种PIN结构的 电学性能测试,提出I区掺杂浓度为2×10¹² cm^-3的P⁺I (N^-) N⁺器件符合 P, N型硅辐射损伤效应预测结果.并以此为原型器件进行⁶³Ni辐照在线输出特性测试, 通过与Wisconsin大学实验数据比较,对影响能量转换效率低下的主要因素进行了分析, 考虑主要从器件采用三维PIN结结构;增大耗尽层能量沉积比重; I (N^-)区宽度与沉积深度匹配; 控制漏电流在皮安量级等方面提高能量转换效率,据此对硅基能量转换结构进行设计, 最终确定PIN多孔结构、辐射源厚度、掺杂浓度、耗尽层宽度等结构参数,完成换能结构优化.     

空间用GaN功率器件单粒子烧毁效应激光定量模拟技术研究

利用飞秒脉冲激光对氮化镓(GaN)功率器件进行单粒子烧毁效应定量评估技术研究,针对器件结构建立脉冲激光有效能量传输模型,理论计算了激光有效能量与重离子线性能量传输(LET)的等效关系并开展了试验验证.考虑器件材料反射率与吸收系数对激光的影响,针对介质层界面间的激光多次反射进行参数修正,减小有源区有效能量计算误差.选择一款氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)与一款肖特基势垒二极管(SBD)功率器件作为典型案例,分别开展飞秒脉冲激光正面与背部辐照试验,计算诱发单粒子烧毁的有效能量,并得到不同入射激光波长的烧毁等效LET阈值,对比了模型理论计算值与实际测量值.同时,研究结果对材料参数未知的GaN功率器件,提供了正面与背部辐照模型的激光试验波长选择参考.该工作将为激光定量评估空间用GaN等宽禁带半导体器件的单粒子烧毁效应机理研究及加固设计与验证提供技术支撑.     

基于4H-SiC肖特基势垒二极管的γ射线探测器

针对极端环境下耐高温和耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用外延层厚度为100μm的4H碳化硅(4H-SiC)制备成肖特基二极管探测器,研究了该探测器对~(241)Am源γ射线的能谱响应.采用磁控溅射金属Ni制备了肖特基二极管的欧姆接触和肖特基接触,利用室温电流-电压和电容-电压测试研究了二极管的电学特性.欧姆特性测试表明,1050°C退火时,欧姆接触特性最好.从正向电流-电压曲线得出二极管肖特基势垒高度为1.617 eV,理想因子为1.127,表明探测器具备良好的热电子发射特性.从电容-电压曲线获得二极管外延层净掺杂浓度为2.903×10~(14)cm~(-3),并研究了自由载流子浓度在外延层中的纵向分布.在反向偏压为500 V时,二极管的漏电流只有2.11 nA,具有较高的击穿电压.测得在-300 V条件下,SiC二极管探测器对能量为59.5 keV的γ射线的能量分辨率为9.49%(5.65 keV).     

0.38 THz混频器关键器件设计和仿真优化北大核心CSCD

太赫兹混频器是太赫兹波收发系统中的关键器件,是将信号频率从一个量值变换为另一个量值的电路器件,其中肖特基二极管是太赫兹混频器中的核心器件,除了肖特基二极管以外,低频滤波器、本振端口等也属于太赫兹混频器中的关键器件。对0.38THz混频器中的关键组件包括波导管、肖特基二极管、滤波器等在HFSS中进行了建模、仿真,最后通过对仿真结果的分析,实现了可以满足0.38THz太赫兹混频器的各个关键模块的模型,通过这些模型实现了混频器整体的优化。     

ZnO薄膜肖特基二极管的研制

采用直流反应磁控溅射的方法,在Al/Si(100)衬底上沉积了ZnO晶体薄膜.利用Al和Pt作为与ZnO接触的欧姆电极与肖特基电极,制作了ZnO薄膜肖特基二极管.X射线衍射测试结果表明ZnO薄膜具有高度的c轴择优取向.原子力显微分析表明:样品表面光洁平整,晶粒尺寸约100nm,扩展电阻分析表明ZnO薄膜的厚度为0.4μm,载流子浓度为1.8×1015 cm-3,此后的霍尔测试证实了这一结果并说明ZnO的导电类型为n型.室温下的I-V测试显示ZnO肖特基二极管具有明显的整流特性.Pt与n型ZnO接触的势垒高度为0.54eV.文中的ZnO肖特基二极管为首次研制的原型器件,其性能可以通过器件结构与制作工艺的进一步优化而得到改善.     

强流二极管产生大面积脉冲X射线参数计算

利用二极管的电压电流波形计算了电子束参数,建立了串级二极管和四路并联二极管阳极靶蒙特卡罗粒子输运计算模型,给出了两种情况下轫致辐射X射线场参数。结果表明:阳极靶厚度增加时,轫致辐射X射线平均能量增大,而能量转换效率先增大,后减小;距离串级二极管和四路并联二极管阳极靶5cm位置处,X射线注量分别为76.50,3.74mJ/cm2;光子平均能量分别为81.13,60.77keV;半径为12cm的圆面上,串级二极管X射线剂量呈马鞍形分布,均匀性为1.70∶1;边长为52cm的正方形平面上,四路并联二极管X射线剂量均匀性小于6.30∶1;电子束轫致辐射转换效率分别为0.29%,0.32%。     

沟槽形状对硅基沟槽式肖特基二极管电学特性的影响

随着对电子产品节能环保要求的提高,对广泛应用于电子产品的肖特基二极管电学性能的要求也越来越高.含金属-氧化物-半导体结构的沟槽式肖特基二极管(trench barrier Schottky diodes,TMBS)由于其优异的性能而备受青睐.沟槽结构对提高肖特基二极管性能起着至关重要的作用,但是关于沟槽形状对二极管电学性能的影响尚未见有深入的研究报道.本文提出了两种新型的沟槽结构——圆角沟槽和阶梯型沟槽.通过模拟研究发现,圆角沟槽与传统的直角沟槽TMBS器件相比,在维持同样的漏电流和正向导通电压的条件下,击穿电压可以提高15.8%.阶梯沟槽与传统直角沟槽TMBS器件相比,可以在击穿电压不减小的情况下,漏电降低35%,正向导通电压仅略有增加.这归结于圆角沟槽和阶梯沟槽对有源区内部电场强度分布的调节.     

热光伏能量转换器件的热力学极限与优化性能预测

受不可逆损失的影响,热光伏能量转换器件在高品位热能回收与利用方面受到限制.本文揭示不可逆损失来源,提供热光伏能量转换器件性能提升方案.利用半导体物理和普朗克热辐射理论,确定热光伏能量转换器件在理想条件下的最大效率.进而考虑Auger与Shockley-Reed-Hall非辐射复合和不可逆传热损失对光伏电池的电学、光学和热学特性的影响,预测热光伏器件优化性能.确定功率密度、效率和光子截止能量的优化区间.结果表明:相比于理想热光伏器件,非理想热光伏器件的开路电压、短路电流密度和效率有所降低;优化热光伏电池电压、光子截止能量和热源温度,可提升器件的功率密度和效率.通过对比发现理论与实验结果较一致,所得结果可为实际热光伏能量转换器件的研制提供理论指导.     

60Co γ-射线辐照对肖特基二极管1/f噪声的影响

在肖特基二极管(Schottky barrier diode,SBD)辐照损伤机理和总剂量效应分析的基础上,利用1/f噪声的迁移率涨落和载流子数涨落模型,深入研究辐照损伤对器件1/f噪声的影响. 研究结果表明,辐照诱生新的界面态,改变界面态密度分布,进而调制了肖特基势垒高度,增大表面复合速度是引起器件性能退化主要原因,也是1/f噪声剧烈增加的主要原因. 正因为如此,噪声与器件退化存在相关性,即噪声拟合参数B越大,偏离标准值越多,器件可靠性越差,抗辐照 关键词： 肖特基二极管 f噪声')" href="#">1/f噪声 60Co γ射线')" href="#">⁶⁰Co γ射线 界面态     

中等能量P波段相对论返波振荡器的理论设计与粒子模拟

提出了一种新型的中等能量P波段相对论返波振荡器,该器件将慢波结构由低波段普遍采用的同轴外波纹结构变为同轴双波纹结构,使得径向束-波作用空间扩大了2倍,一定程度上增加了器件的功率容量;另外同轴双波纹结构还较大提高了器件的时间增长率,从而有效地减小了微波输出饱和时间.经优化设计,该结构在二极管电压300 kV、电流3 kA...     

同轴引出电子束相对论返波振荡器的粒子模拟

 设计了一种L波段同轴引出电子束相对论返波振荡器,采用KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内束-波作用的物理过程,分析了二极管电压和导引磁场对产生微波频率和束-波转换效率的影响。模拟结果表明:该器件在小型化,中等磁场的条件下具有较高的束-波作用效率。在电子束能量700 keV,电子束流10 kA,导引磁场为1.0 T时,器件在频率1.62 GHz处获得较高的微波输出,饱和后微波的平均功率达2.2 GW,平均效率约为30%,器件最大径向半径仅为5.0 cm。     

TFTTP作为阴极缓冲层提高有机薄膜太阳能电池的内建电场和载流子收集效率

采用一种新型的电子传输材料TFTTP作为阴极缓冲层提高基于SubPc/C₆₀异质结的有机薄膜太阳能电池的性能. 通过在有机活性层和金属电极之间加入TFTTP界面层,器件的能量转换效率提高了约30%. 系统研究了器件的二极管特性、光电流特性以及内部的光场分布情况,结果表明,TFTTP阴极缓冲层的引入可以有效地提高器件的内建电场,进而增加电荷转移激子的分离效率. 通过使用TFTTP作为阴极缓冲层,在C₆₀/金属界面形成良好的欧姆接触,降低了界面接触电阻,有利于自由载流子的收集.     

基于CSMRC结构和容性肖特基二极管的220GHz三倍频器

设计了基于容性肖特基二极管的220 GHz非平衡三倍频器。首先对容性肖特基二极管进行测试和关键参数提取,建立了肖特基二极管的等效电路模型,以此为基础进行三倍频电路设计;在倍频电路设计中通过引入紧凑悬置微带谐振单元(CSMRC)滤波结构来减小信号传输损耗;由于三倍频电路设计中难以实现全波阻抗匹配,因此采用了整体电路结构谐波平衡调匹配方法设计倍频电路,最后对制备出的倍频器进行测试和分析;实验测试结果表明:倍频器在213.1~221.6 GHz范围内输出功率大于10 mW,倍频效率大于5%,最高输出功率为18.7 mW@218.6 GHz,最高倍频效率为8.24%@217.9 GHz。