金刚石衬底上GaN HEMT沟道温度建模:各向异性且非均匀热导率的影响

为了改善GaN HEMT的自热效应,集成高热导率的金刚石衬底有助于增强器件有源区的热量耗散。然而,化学气相淀积(CVD)生长的多晶金刚石(PCD)具有柱状晶粒结构,导致了各向异性的材料热导率,且其热导率值与生长厚度有关。为此,通过建模金刚石生长过程中晶粒尺寸的演变过程,计算了金刚石沿面内和截面方向的热导率。基于该PCD热导率模型,利用计入材料非线性热导率的GaN器件热阻解析模型,计算得到了GaN HEMT沟道温度的波动范围,并分析了其与器件结构(栅长、栅宽、栅间距、衬底厚度)和功耗的依赖关系。最后,通过与有限元(FEM)仿真结果对比,分区域提取了GaN HEMT器件中PCD衬底的有效热导率,分别为260~310 W/(m·K)和1 250~1 450 W/(m·K)。本文的计算为预测金刚石衬底上GaN HEMT器件的沟道温度提供了快速、有效的方法。     

Simulation of near-infrared photodiode detectors based on β-FeSi_2/4H-SiC heterojunctions

In this paper,we propose a near-infrared p-type β-FeSi2/n-type 4H-SiC heterojunction photodetector with semiconducting silicide(β-FeSi2) as the active region for the first time.The optoelectronic characteristics of the photodetector are simulated using a commercial simulator at room temperature.The results show that the photodetector has a good rectifying character and a good response to near-infrared light.Interface states should be minimized to obtain a lower reverse leakage current.The response spectrum of the β-FeSi2/4H-SiC detector,which consists of a p-type β-FeSi2 absorption layer with a doping concentration of 1×1015cm-3 and a thickness of 2.5 μm,has a peak of 755 mA/W at 1.42 μm.The illumination of the SiC side obtains a higher responsivity than that of the β-FeSi2 side.The results illustrate that the β-FeSi2/4H-SiC heterojunction can be used as a near-infrared photodetector compatible with near-infrared optically-activated SiC-based power switching devices.     

Optically controlled SiCGe/SiC heterojunction transistor with charge-compensation layer

A novel optically controlled SiCGe/SiC heterojunction transistor with charge-compensation technique has been simulated by using commercial simulator.This paper discusses the electric field distribution,spectral response and transient response of the device.Due to utilizing p-SiCGe charge-compensation layer,the responsivity increases nearly two times and breakdown voltage increases 33%.The switching characteristic illustrates that the device is latch-free and its fall time is much longer than the rise time.With an increase of the light power density and wavelength,the rise time and fall time will become shorter and longer,respectively.In terms of carrier lifetime,a compromise should be made between the responsivity and switching speed,the ratio of them reaches maximum value when the minority carrier lifetime equals 90 ns.     

6H-SiC单晶锭边缘的多晶环控制

6H-SiC晶体生长过程中单晶锭边缘形成的多晶环影响单晶体的品质.本研究制定了以改进坩埚系统结构为主、调整线圈与坩埚相对位置为辅的多晶环厚度控制方案,利用自制设备进行了6H-SiC晶体生长验证实验,实验结果显示所生长6H-SiC单晶体不但周边和表面光滑,未有多晶出现,还实现了显著的扩径生长.     

SiC晶体的PVT生长系统及测温盲孔对热场的影响

实验中研究了不同结构参数的测温盲孔对晶体生长面热场的影响,结果分析表明:径向温度梯度和轴向温度梯度与测温盲孔的深度和半径近似成正比关系,但测温盲孔尺寸变化对径向温度梯度和轴向温度梯度的影响效果不同;改变测温盲孔尺寸适于调节径向温度梯度;测温盲孔半径和深度的增加均可导致坩埚盖上SiC多晶生长速率提高.     

用热壁CVD法在SiC衬底上生长SiCGe合金的热场分析与设计

采用有限元法,对热壁CVD法SiCGe合金生长炉中加热组件的感应加热和温度分布进行了研究.分析了感应线圈匝数和石墨衬托的厚度对磁矢势和温度分布的影响,获取了感应线圈数越多感应生成焦耳热越大且越均匀的结论,得出了随石墨厚度的增加升温速率而增加,相反轴向温度均匀性而变差的设计准则.模拟结果表明选取16匝线圈和10mm左右的石墨壁厚为优化的设计参数.     

SiC1-xGex/SiC 异质结光电二极管特性的研究

使用二维器件模拟软件Medici, 对SiC_1-xGe_x/SiC异质结的光电特性进行了模拟.设计了N型重掺杂SiC层的厚度为1 μm, P型轻掺杂SiC_1-xGe_x层厚为0.4 μm, 二者之间形成突变异质结.在反向偏压3 V、光强度为 0.23 W/cm²的条件下, p-n+ SiC_0.8Ge_0.2/SiC和p-n+ SiC_0.7Ge_0.3/SiC敏感波长λ分别可以达到0.64 μm和0.7 μm, 光电流分别为7.765×10^－7 A/μm和7.438×10^－7 A/μm; 为了进一步提高SiC_1-xGe_x/SiC 异质结的光电流, 我们把p-n+两层结构改进为p-i-n三层结构.在同样的偏压、光照条件下, p-i-n SiC_0.8Ge_0.2/SiC和p-i-n SiC_0.7Ge_0.3/SiC的光电流分别达到1.6734×10－6 A/μm和1.844×10－6 A/μm.     

SiCGe/SiC 异质结及其光电特性的MEDICI 模拟

在对SiC1-xGex三元合金主要特性的研究基础上，利用器件仿真器MEDICI模拟和分析SiCGe/SiC异质结光电二极管的光电特性。计算表明， SiC1-xGex 在Ge组分为0.3时与3C-SiC晶格失配较小，此时的SiCGe/SiC异质结对可见光和近红外光有较好的光谱响应。当P型SiC1-xGex层杂质浓度为1×1015cm-3、厚度1.6μm、x=0.3时，SiC1-xGex /SiC异质结光电二极管对0.52μm可见光有250mA/W左右的响应度，对0.7μm近红外光也有102mA/W左右的响应度。     

6H碳化硅衬底上硅碳锗薄膜的生长特性研究

采用低压热壁化学气相沉积法,在6H-SiC衬底(0001)面上生长了不同温度(1100—1250℃),不同GeH₄流量比(6.3%—25%)的SiCGe薄膜样品,研究了SiCGe薄膜的表面形貌、生长特性以及样品中Ge组分含量的变化. 扫描电镜测试结果表明,SiCGe薄膜在低温下倾向于岛状生长模式,随着生长温度提高,岛状生长逐渐过渡到层状生长模式,同时伴有岛形状和密度的变化. X射线光电子能谱测试得出SiCGe样品中的Ge含量约为0.15％—0.62％,在其他参数不变的情况下,样品的G 关键词： 碳化硅 化学气相沉积 反相边界 岛状生长     

高品质6英寸N型4 H-SiC单晶生长研究

PVT法生长SiC单晶生长腔的温场分布是影响晶体质量的重要因素.采用数值模拟研究了保温层和坩埚结构以及线圈位置对6英寸SiC晶体生长温场的影响,优化出了适合高品质6英寸SiC晶体生长温场分布,在此条件下生长无裂纹的6英寸N型4H-SiC晶体.用高分辨率X射线衍射、拉曼光谱和缺陷检测系统对所加工的SiC衬底片的质量进行了表征.测试结果表明,晶型为单一的4H-SiC,微管密度小于1 cm-2,电阻率范围为0.02～0.022Ω·cm,X射线摇摆曲线半高宽为21.6″.