电荷耦合效应对高耐压沟槽栅极超势垒整流器击穿电压的影响

通过沟槽结构和可调节的电子势垒,沟槽栅极超势垒整流器可以更为有效地实现通态压降和反向漏电流之间的良好折衷.在高压应用时,电荷耦合效应对于提高该器件的反向承压能力起到了关键作用.本文通过理论模型与器件模拟结果,分析了沟槽深度、栅氧厚度和台面宽度等关键参数对电荷耦合作用下二维电场分布的影响,归纳出了提高该器件击穿电压的思路与方法,为器件设计提供了有意义的指导.在此基础上,提出了阶梯栅氧结构,该结构在维持几乎相同击穿电压的同时,使正向导通压降降低51.49%.     

n-GaN肖特基势垒二极管的高温电子辐照效应

本文研究了n-GaN肖特基势垒二极管的高温电子辐照效应。实验结果显示,高温下进行电子辐照,界面处辐照诱生缺陷会同时产生和被退火恢复;器件的击穿电压和反向漏电流受辐照影响减弱,其电学阈值增加;由辐照效应导致的可见光响应的影响仍然存在。     

复合漏电模型建立及阶梯场板GaN肖特基势垒二极管设计

准垂直GaN肖特基势垒二极管(SBD)因其低成本和高电流传输能力而备受关注.但其主要问题在于无法很好地估计器件的反向特性,从而影响二极管的设计.本文考虑了GaN材料的缺陷以及多种漏电机制,建立了复合漏电模型,对准垂直Ga N SBD的特性进行了模拟,仿真结果与实验结果吻合.基于此所提模型设计出具有高击穿电压的阶梯型场板结构准垂直GaN SBD.根据漏电流、温度和电场在反向电压下的相关性,分析了漏电机制和器件耐压特性,设计的阶梯型场板结构准垂直GaN SBD的Baliga优值BFOM达到73.81 MW/cm~2.     

套刻偏差对4H-SiC 浮动结结势垒肖特基二极管的影响研究

4H-SiC浮动结结势垒肖特基二极管与常规结势垒肖特基二极管相比在 相同的导通电阻条件下具有更高的击穿电压. 由p⁺埋层形成的浮动结与主结p⁺区 之间的套刻对准是实现该结构的一项关键技术. 二维模拟软件ISE的模拟结果表明, 套刻偏差的存在会明显影响器件的击穿特性, 随着偏差的增大击穿电压减小. 尽管主结和埋层的交错结构与对准结构具有相似的击穿特性, 但是当正向电压大于2 V后, 交错结构的串联电阻更大.     

具有部分超结的新型SiC SBD特性分析

提出了一种具有部分超结（super junction, SJ）结构的新型SiC肖特基二极管,命名为SiC Semi-SJ-SBD结构,通过将常规SBD耐压区分为常规耐压区和超结耐压区来减小导通电阻,改善正向特性.利用二维器件模拟软件MEDICI仿真分析,研究了不同超结深度和厚度时击穿电压(V_B)和比导通电阻(R_on-sp),与常规结构的SBD比较得出,半超结结构可以明显改善SiC肖特基二极管特性,并得到优化的设计方案,选择超结宽度2< 关键词： SiC肖特基二极管 super junction 导通电阻 击穿电压     

n-GaN肖特基势垒光敏器件的电子辐照效应

本文主要研究了n型GaN肖特基紫外光敏器件(包括GaN肖特基势垒紫外探测器,GaN肖特基二极管)的电子辐照效应和失效机理,以及辐照后二极管对不同波长光的光敏特性的变化。从实验中观测到,随着辐照注量的不断增加,GaN光敏器件的击穿电压明显减小,反向漏电流逐渐增大。证实了辐照后Au/GaN间产生的界面态是引起GaN肖特基势垒光敏器件辐照失效的原因。另外,在研究辐照效应对GaN肖特基二管光敏特性的影响时观测到,经过一定剂量的辐照后,GaN肖特基二管能探测到380nm的紫外光和可见光,而在辐照以前,它是探测不到的。这说明辐照效应将导致肖特基势垒光敏器件对较长波长的吸收,使得UV探测器中可见光成分的背景噪声增加。     

半超结SiGe高压快速软恢复开关二极管

将SiGe材料的优异性能与半超结结构的优势相结合,提出了一种半超结SiGe功率二极管, 可适应高频化电力电子电路对功率二极管低通态压降、高击穿电压、较小的反向漏电流以及快而软的反向恢复特性的要求,显著提高器件的各种特性. 关键词： 半超结 硅锗二极管 高压 快速软恢复     

势垒可调的氧化镓肖特基二极管

氧化镓作为新一代宽禁带材料,其器件具有优越的性能.本文仿真研究了n~+高浓度外延薄层对氧化镓肖特基二极管的势垒调控.模拟结果显示,当n型氧化镓外延厚度为5 nm、掺杂浓度为2.6×10¹⁸ cm^-3时,肖特基二极管纵向电流密度高达496.88 A/cm~2、反向击穿电压为182.30 V、导通电阻为0.27 mΩ·cm~2,品质因子可达123.09 MW/cm~2.进一步研究发现肖特基二极管的性能与n~+外延层厚度和浓度有关,其电流密度随n~+外延层的厚度和浓度的增大而增大.分析表明,n~+外延层对势垒的调控在于镜像力、串联电阻及隧穿效应综合影响,其中镜像力和串联电阻对势垒的降低作用较小,而高电场下隧穿效应变得十分显著,使得热发射电流增大的同时,隧穿电流得到大幅度提升,从而进一步提升了氧化镓肖特基二极管的性能.     

Ni/Au/n-GaN肖特基二极管可导位错的电学模型

可导线性位错被普遍认为是GaN基器件泄漏电流的主要输运通道,但其精细的电学模型目前仍不清楚.鉴于此,本文基于对GaN肖特基二极管的电流输运机制分析提出可导位错的物理模型,重点强调:1)位于位错中心的深能级受主态(主要Ga空位)电离后库仑势较高,理论上对泄漏电流没有贡献; 2)位错周围的高浓度浅能级施主态电离后能形成势垒高度较低的薄表面耗尽层,可引发显著隧穿电流,成为主要漏电通道;3)并非传统N空位,认为O替代N所形成的浅能级施主缺陷应是引发漏电的主要电学态,其热激活能约为47.5 meV.本工作亦有助于理解其他GaN器件的电流输运和电学退化行为.     

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。     

1000 V p-GaN混合阳极AlGaN/GaN二极管

GaN材料具有优异的电学特性,如大的禁带宽度(3.4 eV)、高击穿场强(3.3 MV/cm)和高电子迁移率(600 cm~2/(V·s)). AlGaN/GaN异质结由于压电极化和自发极化效应,产生高密度(1×10~(13)cm~(-2))和高迁移率(2000 cm~2/(V·s))的二维电子气(2DEG),在未来的功率系统中, AlGaN/GaN二极管具有极大的应用前景.二极管的开启电压和击穿电压是影响其损耗和功率处理能力的关键参数,本文提出了一种新型的具有高阻盖帽层(high-resistance-cap-layer, HRCL)的p-GaN混合阳极AlGaN/GaN二极管来优化其开启电压和击穿特性.在p-GaN/AlGaN/GaN材料结构基础上,通过自对准的氢等离子体处理技术,在沟道区域形成高阻盖帽层改善电场分布,提高击穿电压,同时在阳极区域保留p-GaN结构,用于耗尽下方的二维电子气,调控开启电压.制备的p-GaN混合阳极(p-GaN HRCL)二极管在阴阳极间距Lac为10μm时,击穿电压大于1 kV,开启电压+1.2 V.实验结果表明, p-GaN混合阳极和高阻GaN盖帽层的引入,有效改善AlGaN/GaN肖特基势垒二极管电学性能.     

静电放电对功率肖特基二极管I-V及低频噪声特性的影响

本文基于人体放电模型分别对肖特基势垒二极管的阴极和阳极进行同一电压脉冲下的多次放电, 利用热电子发射理论、1/f噪声的迁移率涨落模型和白噪声理论, 分别深入研究静电放电损伤对器件I-V和低频噪声的影响. 结果表明, 静电放电作用于肖特基二极管阴极时损伤更严重, 噪声参量变化率更大. 随着放电次数的增加, 正向特性无变化, 反向电流总体增大, 偶有减小; 而正向和反向 1/f噪声均增大. 鉴于噪声与应力条件下器件内部产生的缺陷与损伤有关, 且更敏感, 故可将低频噪声特性用作肖特基二极管的静电放电损伤灵敏表征工具.     

铝-金刚石界面电子特性与界面肖特基势垒的杂化密度泛函理论HSE06的研究

宽带隙半导体金刚石具有突出的电学与热学特性,近年来,基于金刚石的高频大功率器件受到广泛关注,对于金属-金刚石肖特基结而言,具有较高的击穿电压和较小的串联电阻,所以金属-金刚石这种金半结具有非常好的发展前景.本文通过第一性原理方法去研究金属铝-金刚石界面电子特性与肖特基势垒的高度.界面附近原子轨道的投影态密度的计算表明:金属诱导带隙态会在金刚石一侧产生,并且具有典型的局域化特征,同时可以发现电子电荷转移使得Fermi能级在金刚石一侧有所提升.电子电荷在界面的重新分布促使界面形成新的化学键,使得金属铝-氢化金刚石形成稳定的金半结.特别地,我们通过计算平均静电势的方法得到金属铝-氢化金刚石界面的势垒高度为1.03 eV,该值与金属诱导带隙态唯像模型计算的结果非常接近,也与实验值符合得很好.本文的研究可为金属-金刚石肖特基结二极管的研究奠定理论基础,也可为金刚石基金半结大功率器件的研究提供理论参考.     

n,p柱宽度对超结SiGe功率二极管电学特性的影响

结合SiGe材料的优异性能与超结结构在功率器件方面的优势,提出了一种超结SiGe功率二极管.该器件有两个重要特点:一是由轻掺杂的p型柱和n型柱相互交替形成超结结构,取代传统功率二极管的n^-基区;二是阳极p⁺区采用很薄的应变SiGe材料.该二极管可以克服常规Si p⁺n^-n⁺功率二极管存在的一些缺陷,如阻断电压增大的同时,正向导通压降随之增大,反向恢复时间也变长.利用二维器件模拟软件MEDICI仿真 关键词： 超结 锗硅二极管 n p柱宽度 电学特性     

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管肖特基高温退火机理研究

在不同应力条件下,研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管高温退火前后的电流崩塌、栅泄漏电流以及击穿电压的变化.结果表明,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管通过肖特基高温退火以后,器件的特性得到很大的改善.利用电镜扫描(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对高温退火前、后的肖特基接触界面进行深入分析,发现器件经过高温退火后,Ni和AlGaN层之间介质的去除,并且AlGaN材料表面附近的陷阱减少,使得肖特基有效势垒提高,从而提高器件的电学特性. 关键词： AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 肖特基接触 界面陷阱     

硼掺杂金刚石薄膜同质外延生长及肖特基势垒二极管制备

采用微波等离子体气相沉积(MPCVD)在商用3mm×3mm×1 mm高温高压合成(HPHT)Ib型(100)金刚石衬底上同质外延生长B掺杂金刚石薄膜,并在此材料的基础上用磁控溅射和电子束蒸镀技术制备了不同结构参数金刚石肖特基势垒二极管。测试结果表明:所生长的金刚石薄膜表面非常平整,可以看到比较明显的原子台阶;所制备的器件具有明显的整流特性,肖特基电极直径100μm,肖特基电极和欧姆电极间距10μm,外加电压-15V,300K时测得器件正向导通电阻20Ω,反向饱和电流近似为10-6 A,反向击穿电压大约103.5V;电极间距越大,反向击穿电压越高,器件正向电流越小。     

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).     

沟槽型发射极SiGe异质结双极晶体管新结构研究

提出了一种沟槽型发射极SiGe异质结双极晶体管新结构.详细分析了新结构中沟槽型发射极的引入对器件性能的影响,并对其机理进行研究.新型发射极结构通过改变发射极电流路径使电阻分区并联,在不增大结电容的前提下,有效减小发射极电阻,提高器件的频率特性.结果表明,新结构器件的截止频率和最大振荡频率分别增加至100.2 GHz和134.4 GHz,更重要的是沟槽型发射极结构的引入,在提高器件频率特性的同时,不会降低器件的电流增益,也不会增加结电容,很好实现了频率特性、电流增益和结电容之间的折中.对沟槽型发射极进行优化设计,改变侧墙高度和侧墙宽度.沟槽型发射极电阻不受侧墙高度改变的影响,频率性能不变;侧墙宽度增加,频率性能降低.     

沟槽型发射极SiGe异质结双极化晶体管新结构研究

提出了一种沟槽型发射极SiGe异质结双极化晶体管新结构. 详细分析了新结构中沟槽型发射极的引入对器件性能的影响,并对其机理进行研究. 新型发射极结构通过改变发射极电流路径使电阻分区并联,在不增大结电容的前提下,有效减小发射极电阻,提高器件的频率特性. 结果表明,新结构器件的截止频率和最大振荡频率分别增加至100.2 GHz和134.4 GHz,更重要的是沟槽型发射极结构的引入,在提高器件频率特性的同时,不会降低器件的电流增益,也不会增加结电容,很好实现了频率特性、电流增益和结电容之间的折中. 对沟槽型发射极进行优化设计,改变侧墙高度和侧墙宽度. 沟槽型发射极电阻不受侧墙高度改变的影响,频率性能不变;侧墙宽度增加,频率性能降低. 关键词： SiGe 异质结双极化晶体管 沟槽型发射极 发射极电阻     

ZnO纳米线二极管发光器件制备及特性研究

运用液相法生长成ZnO纳米线薄膜,并利用肖特基型异质结的发光原理,构造成功肖特基型ZnO纳米线二极管发光器件.在大于6V直流电压驱动下,观察到近紫外波段392nm处和可见光波段525nm的发射谱带.从单向导电特性及ZnO纳米线材料的能带结构等方面探讨了该种器件的电致发光机理. 关键词： ZnO纳米线 肖特基二极管 电致发光