非对称型IGBT的低温特性研究

研究表明,半导体材料在低温环境下性能可以得到很大改善.功率MOSFET低温下的优异特性已被深入揭示.本文研究了NPT型IGBT在77～300K之间的特性,实验表明,低温下NPT型IGBT的通态压降,开关损耗都有明显下降,关断拖尾现象也得到明显改善,而门槛电压略有上升.在此基础上,分析了其低温特性的物理机制以及在超导领域的潜在应用.     

高压IGBT雪崩鲁棒性的研究

随着绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)电压等级的提升和电流容量的增大,雪崩效应已成为限制器件安全工作区(safe operating area, SOA)的重要因素.雪崩发生后IGBT背面p+n结的空穴注入是其雪崩效应区别于其他器件的主要特征.本文通过理论分析与数值模拟的方法研究了IGBT雪崩击穿特性以及雪崩产生电流丝的性质,揭示了控制雪崩产生电流丝性质的物理机制.结果表明IGBT背面的空穴注入导致其雪崩击穿曲线上产生额外的负微分电阻分支;器件共基极电流增益α_pnp是决定雪崩产生电流丝的关键因素,随着α_pnp的增大,雪崩产生的电流丝强度越强、移动速度越慢,从而导致器件的雪崩鲁棒性越弱.     

上海光源低温波荡器永磁铁在低温下的磁特性研究

用综合物性测量系统测试了国产Nd₂Fe₁₄B (N50M)永磁铁在低温下(10–300 K)的M-H和M-T. 获得了N50M剩磁B_r和内禀矫顽力H_ci在低温下的变化图, 对其取向度和三维磁化强度进行了分析研究. 结果表明, N50M在80–150 K发生强烈自旋再取向效应, B_r在120–130 K出现峰值, H_ci随温度下降呈线性增加. 在130 K, B_r和H_ci分别比常温(300 K)增加15.6%和220%, 达到1.65 T和3638 kA/m. 在150–300 K, 随温度下降, N50M宏观取向度与外磁场均匀性逐步改善, 但在80–235 K, 微观外磁场均匀性恶化.实验研究发现, 235 K附近, N50M垂直取向方向呈现“剩余磁化强度跳跃”. 研究结果为上海光源Ⅱ期低温波荡器及其他高精度低温永磁仪器与设备的物理设计提供了参考. 关键词： 低温波荡器 2Fe₁₄B永磁铁')" href="#">Nd₂Fe₁₄B永磁铁 低温 磁特性     

红外滤光片低温光谱特性研究

低温光谱是红外滤光片一项重要的考核参数,采用傅里叶光谱仪测试了红外滤光片在安装滤光片架前后的常温和85K低温光谱,同时利用有限元分析方法模拟了85K的红外滤光片安装滤光片支架前后的形变和应力,分析和比较了试验结果,为进一步优化红外滤光片的可靠性设计提供了参考。     

6H-SiC辐照特性的低温光致发光研究

本文用低温光致发光(LTPL)技术对经中子辐照的N型6H-SiC在350℃-1650℃温度范围的退火行为进行了研究。在700℃退火后观察到D1中心(D1-center)和位于485.0nm、493.6nm处的发光中心。我们发现D1中心与深能级瞬态谱(DLTS)的E1/E2深能级对具有不同的退火行为,这否定了它们源于相同的辐照诱生缺陷的观点。D1中心可能源于由空位和反位组成的复合体。     

正丙醚低温氧化特性的反应机理研究

醚类被认为是优质的直接燃料或燃料添加剂。为进一步揭示醚类的低温氧化反应机制,本文构建了包含详细机理的正丙醚燃烧反应动力学模型,并利用前人的高压氧化实验数据对模型进行了验证。相比于前人的模型,本文模型可以准确预测不同当量比条件下正丙醚的氧化特性。基于模型分析,本文揭示了不同温度下OH自由基的来源以及不同温度下正丙醚的氧化路径差异,为正丙醚的进一步研究提供了方向。     

混合工质中低温热力循环特性研究

本文从热力学第二定律角度出发,对氨水混合工质中低温动力循环进行了分析。通过与简单蒸汽循环的比较,揭示了混合工质热力循环的特性及本质,指出工质蒸发换热过程的匹配及冷凝过程是混合工质循环高效的关键。为了改善冷凝过程,可采用分馏冷凝系统取代传统的冷凝方式。同时,本文还探讨了一些基本规律,明确了余热回收过程中中低温段换热匹配的重要性     

基于IGBT开关的重复频率直线变压器

采用3 300 V/1 200 A IGBT开关及直线变压器的电路结构,实现了单模块时在0.57 Ω负载上4.3 kA的脉冲电流输出和模块串联时在2.2 Ω负载上4.6 kV的电压输出,猝发式重复频率达到200Hz。整个系统包括4个3 300 V/1 200 A的IGBT开关器件及相应的驱动模块、缓冲模块、储能电容和磁芯等。实验结果表明：采用线性变压器的电路拓扑结构能够拓展固态IGBT开关的输出能力;直线变压器的电路结构结合固态IGBT开关能够很好地实现重复频率工作。在实验基础上分析了磁芯饱和及复位问题,并提出了一种有效的不采用复位而解决磁芯饱和的方法。     

CERNOX CX-SD低温温度计使用方法

随着超导技术的飞速发展,超导装置运行过程中极低温测量技术成为一个重要的研究课题.国际上发展了许多特殊的温度测量方法,以精确测量绝对零度附近mK甚至μK量级的温度,同时对于需要具有较大温度变化范围的温度测量,例如从室温到绝对零度附近的温度测量也开发出了性能优越的温度计.在超导托卡马克核聚变实验装置的设计运行过程中,美国L...     

Ku波段低温低噪声放大器设计

本文采用插指电容新结构设计了一个Ku波段低温低噪声放大器(LNA),并通过优化的封装工艺制备了放大器样品,分析了隔离器对LNA性能的影响.在77K温度下测试结果表明,放大器增益约10dB,噪声系数小于2.0dB,反射系数小于-17dB.     

场效应器件低温特性与低噪声放大器

高温超导滤波器与低噪声放大器(LNA)组成的射频接收机前端设备具有高选择性、高灵敏度和极低的噪声,因而展现出广阔的应用前景.本文研究了场效应器件的低温物理特性和电学参数,研制了一种适用于高温超导微波接收系统的低温低噪声放大器,在60K工作温度下,具有很好的噪声特性.包括高电子迁移率场效应晶体管在内的元件参数均在60K温度下进行了实际测量.放大器的各项指标与设计值吻合,工作频段为800MHz～850MHz,增益大于18dB,输入输出驻波比小于1.2,噪声系数小于0.22dB.     

基于IGBT开关的重复频率直线变压器

 采用3 300 V/1 200 A IGBT开关及直线变压器的电路结构,实现了单模块时在0.57 Ω负载上4.3 kA的脉冲电流输出和模块串联时在2.2 Ω负载上4.6 kV的电压输出,猝发式重复频率达到200Hz。整个系统包括4个3 300 V/1 200 A的IGBT开关器件及相应的驱动模块、缓冲模块、储能电容和磁芯等。实验结果表明：采用线性变压器的电路拓扑结构能够拓展固态IGBT开关的输出能力;直线变压器的电路结构结合固态IGBT开关能够很好地实现重复频率工作。在实验基础上分析了磁芯饱和及复位问题,并提出了一种有效的不采用复位而解决磁芯饱和的方法。     

低温NMR探头的应用

在过去10年中研发新核磁共振探头一直是制造者争夺的活跃领域. 最近，因其灵敏度的巨大提高，低温冷却探头得到人们格外的关注. 利用这一技术可大量节省谱仪机时. 对于低γ核可直接测定天然丰度样品而不必标记，这远比节省机时更为重要. 本文评述了针对5～10 Hz优化2 mg天然丰度噁唑烷酮抗菌素eperezolid的 CIGAR-HMBC-¹H-¹⁵N谱的比较，一个是采自美国瓦里安公司的5 mm低温探头，另一个是采自瓦里安公司传统室温3 mm 梯度三共振探头. 利用低温探头大约10 min就可记录到大部份¹H-¹⁵N远 程相关，26 min可观察到几乎所有的远程共振. 而在同样条件下使用3 mm传统梯度反式三共振探头无法得到有用的谱图，要想取得相同的结果须累加约18 h.     

高温超导滤波器的低温调谐技术

本文给出了高温超导滤波器的一种低温机械调谐方法,通过调谐滤波器的电场来达到优化性能的目的.此方法可以很好的改善滤波器的性能和提高产品的合格率,使基片厚度的不均匀性以及介电常数的误差对高温超导滤波器性能的影响降到最低,从而最大程度地使测试结果和计算机仿真结果相一致.文中以一个4节的高温超导微带滤波器为例,叙述了该方法的实现过程.其带宽为15MHz,中心频率为2.868GHz,带内插损为-0.04dB,反射损耗为-21dB.文中给出了带外抑制,带内特性等的调谐结果.制备完成的超导滤波器在调谐前的性能较设计结果有较大的偏差.主要表现在带内插入损耗、反射损耗特性和带外抑制的偏差.通过调谐,带内特性和带外抑制有明显的改善.带内插入损耗由调谐前的-0.44dB改善到-0.21dB;反射损耗由调谐前低端带边的-8.2dB改善到-14.27dB,但在高频端没有改善;带外抑制由实测的-28dB最大可以改善为-47dB.理论预测该调谐方法会使通带中心频率向低频端移动,我们也观察到了该现象,中心频率向低频端最大偏移了大约3.1MHz.综合各项参数,调谐后,整体性能更接近设计结果.     

基于窄脉冲传输的脉冲展宽IGBT驱动电路

设计了一种采用高压隔离脉冲变压器传输窄脉冲,然后应用脉冲展宽电路实现宽脉冲驱动信号输出的无源IGBT驱动电路。采用正电压turn-on窄脉冲和负电压turn-off窄脉冲组合传输的方式以减小高压隔离脉冲变压器的体积和重量,脉冲展宽电路使IGBT在turn-on脉冲上升沿导通,在turn-off脉冲上升沿关断,且其具备储能功能,无需高压隔离辅助直流电源为其供电。脉冲信号发生电路和过流保护电路耦合设计,使IGBT在正常关断和过流保护关断情况下,其栅极都处于反压偏置状态,以提高IGBT关断的快速性和可靠性。将驱动电路用于级联Marx高压电路中IGBT开关的驱动,turn-on脉冲和turn-off脉冲的脉宽均选择为2 μs,结果表明,Marx电路在输出脉冲电压峰值为20 kV时工作稳定,且脉宽在3.5~50 μs之间连续可调,等离子体负载下的输出电压和电流波形显示,打火情况发生时,过流保护电路工作稳定可靠。该驱动电路可有效实现宽脉冲驱动信号的产生,具有较强的可靠性和实用性。     

低温环路热管(CLHP)的实验研究

研制了一套氮工质低温环路热管,实验测试了CLHP系统启动、运行特性、周期性热负荷以及环境寄生热等性能。结果表明,CLHP系统在工作温区内能够顺利启动,可在加热负荷突然变化的条件下正常运行,显示出CLHP具有优良的运行特征,次回路可以有效解决CLHP系统在超临界环境中的启动问题。     

低温功率器件驱动电路实验研究

低温电力电子技术的发展日益得到重视,主要是由于功率器件(如功率MOSFET和IGBT等)在低温下表现出更好的性能,如更低的通态阻抗,更高的开关频率等.为了实验测试和充分利用功率器件在低温下的这些性能,急需寻找或设计可以在低温下稳定可靠工作的功率器件驱动电路.我们在对目前商业化的驱动芯片进行分析的基础上,从中挑选了三种在低温下进行实验,对其输出波形随温度的变化进行研究,首次发现了可以在-196℃(77K)稳定工作的驱动芯片,其驱动性能基本能够满足低温下驱动功率器件的要求,为功率器件低温特性测试及低温功率变换电路的设计奠定了坚实的基础.