双极晶体管微波损伤效应与机理

结合Si基n⁺-p-n-n⁺外延平面双极晶体管, 考虑了器件自热、高电场下的载流子迁移率退化和载流子雪崩产生效应, 建立了其在高功率微波(high power microwave, HPM)作用下的二维电热模型. 通过分析器件内部电场强度、电流密度和温度分布随信号作用时间的变化, 研究了频率为1 GHz的等效电压信号由基极和集电极注入时双极晶体管的损伤效应和机理. 结果表明集电极注入时器件升温发生在信号的负半周, 在正半周时器件峰值温度略有下降, 与集电极注入相比基极注入更容易使器件毁伤, 其易损部位是B-E结. 对初相分别为0和π的两个高幅值信号的损伤研究结果表明, 初相为π的信号更容易损伤器件, 而发射极串联电阻可以有效的提高器件的抗微波损伤能力.     

硼氮原子取代掺杂对分子器件负微分电阻效应的影响

利用基于非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的第一性原理计算方法,研究了硼氮原子取代掺杂对三并苯分子电子输运性质的影响.计算结果表明,三并苯分子器件的电流在特定偏压区间内随电压的增加而减小呈现出负微分电阻效应,电流的峰谷之比高达5.12.用硼原子或者氮原子取代分子的中心原子后,器件0.8V以内的电流明显增加,但是负微分电阻效应减弱,相应的电流峰谷比分别降至3.83和3.61.分析认为,输运系数在特定偏压下的移动是器件负微分电阻效应的主要成因.核外电子数的差异导致硼氮原子掺杂取代可以使器件轨道及其透射峰分别向高能方向或者低能方向移动从而有效地调控了器件的低偏压下的电子传输能力和负微分电阻效应.     

电极布局对硅LED性能的影响

采用0.35μm双栅标准CMOS工艺设计和制备了叶型硅发光器件.叶型硅发光器件由3个楔型器件的组合而成,pn结结构为n阱/p+结.使用奥林巴斯IC显微镜测得了器件的显微图形,并对器件进行了电学特性测试.器件工作在雪崩击穿下,开启电压为8.8 V,能够发出黄色可见光;正向偏置下,器件开启电压为0.8 V.在与已经制备的楔...     

电极材料及偏压极性对氧化物介质击穿行为的影响及机制

忆阻器和能量存储电容器具有相同的三明治结构,然而两个器件需要的操作电压有明显差异,因此在同一个器件中,研究操作电压的影响因素并对操作电压进行调控,实现器件在不同领域的应用是十分必要的一个工作.本文利用反应磁控溅射技术在ITO导电玻璃、Pt/Si基底上生长了多晶ZrO_2和非晶TaO_x薄膜,选用不同金属材料Au, Ag和Al用作上电极构建了多种金属/氧化物介质/金属三明治结构的电容器,研究了器件在不同偏压极性下的击穿强度.结果发现:底电极是ITO的ZrO_2基电容器在负偏压下的击穿电场比Pt电极器件稍大.不管底电极是ITO还是Pt, Ag作为上电极时器件的击穿强度均存在明显的偏压极性依赖性,正偏压下的击穿电场减小了一个数量级;相反,在Al作为上电极的Al/TaO_x/Pt器件中,正向偏压比负向偏压下的击穿电场增加了近2倍.上述器件的不同击穿行为分别可以由氧化物电极和介质界面层间氧的迁移和重排、电化学活性金属电极的溶解迁移和还原以及化学活性金属电极与氧化物界面的氧化还原反应来解释.该实验结果对有不同操作电压要求的器件,如忆阻器和介质储能电容器等在器件设计和操作方面具有指导意义.     

AlGaN/GaN高电子迁移率器件外部边缘电容的物理模型

AlGaN/GaN HEMT外部边缘电容Cofd是由栅极垂直侧壁与二维电子气水平壁之间的电场构成的等效电容.本文基于保角映射法对Cofd进行物理建模,考虑沟道长度调制效应,研究外部偏置、阈值电压漂移和温度变化对Cofd的影响:随着漏源偏压从零开始增加,Cofd先保持不变再开始衰减,其衰减速率随栅源偏压的增加而减缓;AlGaN势垒层中施主杂质浓度的减小和Al组分的减小都可引起阈值电压的正向漂移,正向阈值漂移会加强沟道长度调制效应对Cofd的影响,导致Cofd呈线性衰减.在大漏极偏压工作情况下,Cofd对器件工作温度的变化更加敏感.     

微电路FPGA的γ电离总剂量效应与加固技术

 讨论了Actel公司的FPGA芯片A1280XL在有偏置和无偏置条件下的γ电离总剂量效应,试验结果表明偏置条件对FPGA芯片电离总剂量效应有较大影响,在有偏置下FPGA芯片A1280XL失效阈最小,为12.16 Gy(Si);无偏置时FPGA失效阈最大,为33.2 Gy(Si)。对芯片内部结构进行了辐射效应分析,并提出一些加固方法提高器件的抗总剂量能力,如电路设计中采用冗余技术来实现对故障的检测和隔离,以及选取适当的屏蔽材料对器件进行屏蔽。     

GaN发光二极管表观电阻极值分析

利用正向交流(ac)小信号方法对GaN发光二极管的电容-电压特性进行测量,可以观察到GaN发光二极管中的负电容现象。利用LED串联等效电路对表观电容和表观电阻进行了测量,表观电阻-正向电压曲线出现了一个极值点。通过对相关文献分析,提出负电容现象的根本原因是在较高的正偏下微分电容dQ/dU<0;推论出pn结的微分电容先随正向偏压的增大而急剧增大,当出现复合发光后随正向偏压的增大而减小,直到随正向偏压的增大而出现负值;正向偏置电压较大时,结电导电流的变化率根据I-V特性曲线取极大值,此时微分电容由于强复合效应已快速变小,表观电阻有极大值;得到了表观电阻极大值表达式。表观电阻与正向电压曲线的极值点与理论模型相吻合,证明了该理论模型的正确性。     

双极晶体管在强电磁脉冲作用下的损伤效应与机理

针对典型n⁺-p-n-n⁺结构的双极晶体管,从器件内部电场强度、电流密度和温度分布变化的分析出发,研究了在强电磁脉冲(electromagnetic pulse,EMP)作用下其内在损伤过程与机理.研究表明,双极晶体管损伤部位在不同幅度的注入电压作用下是不同的,注入电压幅度较低时,发射区中心下方的集电区附近首先烧毁,而在高幅度注入电压作用下,由于基区-外延层-衬底构成的PIN结构发生击穿,导致靠近发射极一侧的基极边缘处首先发生烧毁.利用数据分析软件,对不同注入电 关键词： 双极晶体管 强电磁脉冲 器件损伤 损伤功率     

低导通电阻4H-SiC光导开关

研制了以4H-SiC为基底材料的同面型光导开关,研究了磷离子注入对器件性能的影响。测试结果表明,采用磷离子注入能够有效降低电极处的体电阻,光导开关单位电极间隙的最小导通电阻为3.17 /mm。实验研究了偏置电压和光脉冲能量对导通电阻的影响,在偏置电压10 kV、光能量为30.5 mJ的条件下,器件的输出功率超过2.0 MW。结果表明,研制的开关具有输出波形稳定、抖动小、功率大等特点。     

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究

基于⁶⁰Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明：器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离（shallow trench isolation,STI）寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.     

瞬态大电流测量结温中校温曲线弯曲现象的研究

利用脉宽250 μs、占空比5%的0–1.5 A脉冲电流, 分别在50, 70, 90, 110, 130 ℃条件下, 对TO-247-2L封装型PIN快恢复二极管大电流下的校温曲线进行了测量分析. 研究发现, 恒定大电流条件下, 二极管的校温曲线随温度变化发生弯曲. 分析表明, 弯曲现象主要是由于串联电阻受迁移率的影响随温度发生变化而引起的. 通过实验测量及理论计算, 得到了准确的非线性校温曲线, 从而减小了瞬态大电流测量结温中的误差.     

影响碳化硅光导开关最小导通电阻的因素

采用2种电阻率的钒掺杂半绝缘6H-SiC晶体制作了横向结构的碳化硅光导开关,分别加载不同的偏压、并使用不同能量的激光触发开展光电导实验。对比实验结果表明：高暗态电阻率的碳化硅光导开关耐压特性远远优于低暗态电阻率的碳化硅光导开关,耐压从4 kV提高到了32 kV;但高暗态电阻率的开关导通电阻也较大,导通电阻为k量级,比低暗态电阻率的碳化硅光导开关的近百增加了1个量级。通过激光脉冲波形与光电流脉冲波形的比较,估算出2种光导开关的载流子寿命和载流子迁移率。将这2个参数与砷化镓光导开关进行比较,推导出低的载流子迁移率是碳化硅开关导通电阻较大的主要原因。在实验和分析的基础上改进设计,研制出了工作电压超过10 kV、工作电流超过90 A的碳化硅光导开关。     

基于FPGA的静止电压稳定优化器设计

基于FPGA设计的Buck-Boost型静止电压稳定优化器,直接串联于市电与敏感负荷之间,当供电电压发生电压骤升或骤降时,可快速稳定电压,确保敏感负荷不受影响。采用前端整流装置代替固定储能装置可获取更长的故障穿越时间,采用单同步旋转坐标系软件锁相环(SSRF-SPLL)技术实现电网电压同步,而采用电压双闭环控制技术改善了系统的响应速度。试验结果表明,该装置能快速稳定电压骤升骤降,并能较好的抑制谐波。     

Influence of white light illumination on the performance of a-IGZO thin film transistor under positive gate-bias stress

The influence of white light illumination on the stability of an amorphous In GaZnO thin film transistor is investigated in this work. Under prolonged positive gate bias stress, the device illuminated by white light exhibits smaller positive threshold voltage shift than the device stressed under dark. There are simultaneous degradations of field-effect mobility for both stressed devices, which follows a similar trend to that of the threshold voltage shift. The reduced threshold voltage shift under illumination is explained by a competition between bias-induced interface carrier trapping effect and photon-induced carrier detrapping effect. It is further found that white light illumination could even excite and release trapped carriers originally exiting at the device interface before positive gate bias stress, so that the threshold voltage could recover to an even lower value than that in an equilibrium state. The effect of photo-excitation of oxygen vacancies within the a-IGZO film is also discussed.     

InGaZnO薄膜晶体管背板的栅极驱动电路静电释放失效研究

本文通过解析阵列基板栅极驱动(gate driver on array, GOA)电路中发生静电释放(electro-static discharge,ESD)的InGaZnO薄膜晶体管(InGaZnO thin-film transistor, IGZO TFT)器件发现:栅极Cu金属扩散进入了SiN_x/SiO_2栅极绝缘层;源漏极金属层成膜前就发生了ESD破坏;距离ESD破坏区域越近的IGZO TFT,电流开关比越小,直到源漏极与栅极完全短路.本文综合IGZO TFT器件工艺、GOA区与显示区金属密度比、栅极金属层与绝缘层厚度非均匀性分布等因素,采用ESD器件级分析与系统级分析相结合的方法,提出栅极Cu:SiN_x/SiO_2界面缺陷以及这三层薄膜的厚度非均匀分布是导致GOA电路中沟道宽长比大的IGZO TFT发生ESD失效的关键因素,并针对性地提出了改善方案.     

Study and modeling of the transport mechanism in a semi insulating GaAs Schottky diode

The current through a metal–semiconductor junction is mainly due to the majority carriers. Three distinctly different mechanisms exist in a Schottky diode: diffusion of carriers from the semiconductor into the metal, thermionic emission–diffusion (TED) of carriers across the Schottky barrier and quantum–mechanical tunneling through the barrier. The insulating layer converts the MS device in an MIS device and has a strong influence on its current–voltage (I–V) and the parameters of a Schottky barrier from 3.7 to 15 eV. There are several possible reasons for the error that causes a deviation of the ideal behavior of Schottky diodes with and without an interfacial insulator layer. These include the particular distribution of interface states, the series resistance, bias voltage and temperature. The GaAs and its large concentration values of trap centers will participate in an increase of the process of thermionic electrons and holes, which will in turn the IV characteristic of the diode, and an overflow maximum value [NT = 3 × 10²⁰] is obtained. The I–V characteristics of Schottky diodes are in the hypothesis of a parabolic summit.     

Synergistic effect of total ionizing dose on single event effect induced by pulsed laser microbeam on SiGe heterojunction bipolar transistor

The synergistic effect of total ionizing dose(TID) on single event effect(SEE) in SiGe heterojunction bipolar transistor(HBT) is investigated in a series of experiments. The SiGe HBTs after being exposed to 60 Co g irradiation are struck by pulsed laser to simulate SEE. The SEE transient currents and collected charges of the un-irradiated device are compared with those of the devices which are irradiated at high and low dose rate with various biases. The results show that the SEE damage to un-irradiated device is more serious than that to irradiated SiGe HBT at a low applied voltage of laser test. In addition, the g irradiations at forward and all-grounded bias have an obvious influence on SEE in the SiGe HBT, but the synergistic effect after cutting off the g irradiation is not significant. The influence of positive oxide-trap charges induced by TID on the distortion of electric field in SEE is the major factor of the synergistic effect. Moreover, the recombination of interface traps also plays a role in charge collection.     

背栅效应对SOI横向高压器件击穿特性的影响

提出一种SOI基背栅体内场降低BG REBULF(back-gate reduced BULk field)耐压技术. 其机理是背栅电压诱生界面电荷，调制有源区电场分布，降低体内漏端电场，提高体内源端电场，从而突破习用结构的纵向耐压限制，提高器件的击穿电压. 借助二维数值仿真，分析背栅效应对厚膜高压SOI LDMOS (>600V) 击穿特性的影响，在背栅电压为330V时，实现器件击穿电压1020V，较习用结构提高47.83%. 该技术的提出，为600V以上级SOI基高压功率器件和高压集成电路的实现提供了一种新的设计思路. 关键词： SOI 背栅 体内场降低 LDMOS     

基于Alq3的有机发光器件的发光特性

以Alq₃作为发光层,在OLED串联型制作系统上成功制备出ITO/TPD/Alq₃/LiF/Al结构的有机发光器件,并建立了一套OLED电流(J)、电压(V)、亮度(B)自动测试系统,在氮气和空气环境下测试并分析了OLED的发光特性。结果表明,基于Alq₃的双层OLED的正向J-V特性可以用陷阱电荷限制流来描述;反向工作时,低压下的反偏电流可能是针孔产生的漏电流,高压下反偏OLED的J-V特性应满足F-N隧穿机制。随着电流进入快速增长阶段,B-J曲线近似地呈线性关系;在低场下,发光效率随电压升高而增大,在高场下,发光效率随电压升高而减小。实验中,还观察到了在电压V=4V左右时,器件具有明显的负阻特性(NDR),进一步的分析表明,由针孔引起的丝状电流可能是负阻特性的成因。     

不同负载下直流偏磁对特高压变压器各侧绕组电流影响的计算及分析

基于特高压变压器的时域场路耦合模型, 利用磁场模型中的能量扰动原理以及电路模型中动态电感参数建立瞬态电路偏微分方程模型。对特高压变压器负载时绕组电流受直流偏磁的影响进行了仿真计算, 针对阻性、感性和容性三种不同负载类型, 对绕组电流进行了直流偏磁计算, 并对其各次谐波变化进行了分析。面对特高压变压器大电感、小电阻带来的极为漫长的过渡过程以及直流偏磁计算易被淹没的难点, 通过在电路模型中增加串联电阻, 使达到稳态的时间大大缩短, 并通过电压迭代补偿, 有效消除增大串联电阻值导致的计算偏差, 通过对比所加偏置电流值与串联绕组中的直流分量值验证了本文模型的正确性。