“碳化硅功率半导体技术”专题前言

半导体功率器件(即电力电子器件)是电力电子技术的三大核心基础之一,被比作电力电子装置的“CPU”。现有功率器件多采用Si基或SOI基,但是受限于自身材料特性的影响,在节能与转换效率方面越来越显示出他们的局限性。为解决上述问题,半导体功率器件除了继续对传统器件进行新理论和新结构的创新研究外,也正在遵循“一代材料、一代器件、一代装置、一代应用”的发展趋势,从传统的Si基和SOI基向宽禁带半导体SiC和GaN基进行扩展和延伸。     

一氧化氮退火对高温氧化SiC/SiO2界面特性的影响研究

本文研究了高温（1300℃）氧化并在一氧化氮（NO）气体中进行氧化后退火方法对4H-SiC 金属-氧化物-半导体（MOS）电容的SiC/SiO2界面特性的影响,主要通过SiC MOS的电容-电压(C-V)特性详细讨论了NO退火时间和温度与SiO2/SiC界面特性的相互关系. 结果表明在NO气体中进行氧化后退火可明显降低界面态密度,并且界面态密度随着温度和时间的增加会进一步降低。 同时,与常规1200℃及以下氧化温度相比,1300℃下热生长的氧化层具有更低的界面态密度且显著缩短了氧化时间,节约了生产成本。     

基于柱坐标抛物方程的海上雷达覆盖范围研究

为预测雷达波在海面的全向传播特性,提出了基于柱坐标抛物方程(parabolic equation,PE)的电波传播模型,用于海上雷达覆盖范围的研究.从亥姆霍兹方程出发,推导出柱坐标系下的前向PE形式.再利用PE通解中三角函数的正交性,求解各电波传播模式的激励系数,结合分步傅里叶变换实现柱坐标PE的步进迭代算法,以预测电...     

Experimental and numerical analyses of high voltage 4H-SiC junction barrier Schottky rectifiers with linearly graded field limiting ring

This paper describes the successful fabrication of 4H-SiC junction barrier Schottky(JBS) rectifiers with a linearly graded field limiting ring(LG-FLR). Linearly variable ring spacings for the FLR termination are applied to improve the blocking voltage by reducing the peak surface electric field at the edge termination region, which acts like a variable lateral doping profile resulting in a gradual field distribution. The experimental results demonstrate a breakdown voltage of 5 kV at the reverse leakage current density of 2 mA/cm2(about 80% of the theoretical value). Detailed numerical simulations show that the proposed termination structure provides a uniform electric field profile compared to the conventional FLR termination, which is responsible for 45% improvement in the reverse blocking voltage despite a 3.7% longer total termination length.     

基于抛物方程的海陆环境信号时延与到达角估计

针对复杂海陆环境中的无线信号传播预测问题,研究了适用于抛物方程的信号时延与到达角估计方法。将自由空间中抛物方程轴向波前信号视为本地副本信号,然后利用信号的自相关特性,将接收信号与副本信号进行互相关运算,最后通过相关函数的峰值检索,得到脉冲信号在复杂环境中传播的附加时延。采用数值算例,验证了该方法的正确性和有效性。此外,采用多重信号分类算法,由抛物方程构建接收阵列的协方差矩阵,并对其进行特征值分解,然后利用信号子空间和噪声子空间的正交性,实现复杂环境中的信号到达角估计。仿真结果表明,相比于传统的平面波谱方法,该方法具有更高的多径分辨率。基于上述方法,并结合数字地图,在典型的海陆环境中进行了仿真实验,分析了蒸发波导对脉冲信号传播时延和到达角的影响。     

宽禁带半导体SiC功率器件发展现状及展望

碳化硅(SiC)是第三代半导体材料的典型代表,也是目前晶体生长技术和器件制造水平最成熟、应用最广泛的宽禁带半导体材料之一,是高温、高频、抗辐照、大功率应用场合下极为理想的半导体材料.文章结合美国国防先进研究计划局DARPA的高功率电子器件应用宽禁带技术HPE项目的发展,介绍了SiC功率器件的最新进展及其面临的挑战和发展前景.同时对我国宽禁带半导体SiC器件的研究现状及未来的发展方向做了概述与展望.     

新型特效Na离子吸附剂Li1+xAlxTi2-x(PO4)3的光谱研究

采用高温固相法合成了新型特效Na离子吸附剂Li1 xAlxTi2-x(PO4)3.用XRD,FTIR,Raman等手段研究了其结构形态;对材料的激光拉曼光谱和红外光谱进行了研究和指认;并对其吸附性能进行了研究.结果表明少量Al的加入未影响到LiTi2(PO4)3的晶体结构,但使Li1 xAlxTi2-x(PO4)3对Na离子产生了特效吸附作用,可用于高纯锂盐制备过程中微量杂质钠离子的分离.其最佳吸附条件为:当x=0.4时,在pH值为10.0～11.0条件下,Li1 xAlxTi2-x(PO4)3的吸附容量达到11.76 mg·g-1.     

A novel structure of a high current gain 4H-SiC BJT with a buried layer in base

In this paper, a new structure of a 4H-SiC bipolar junction transistor (BJT) with a buried layer (BL) in the base is presented. The current gain shows an approximately 100% increase compared with that of the conventional structure. This is attributed to the creation of a built-in electric field for the minority carriers to transport in the base which is explained based on 2D device simulations. The optimized design of the buried layer region is also considered by numeric simulations.     

一种新型4H-SiC BJT结终端结构研究

设计了一种应用于4H-SiC BJT的新型结终端结构。该新型结终端结构通过对基区外围进行刻蚀形成单层刻蚀型外延终端,辅助耐压的p+环位于刻蚀型外延终端的表面,采用离子注入的方式,与基极接触的p+区同时形成。借助半导体数值分析软件SILVACO,对基区外围的刻蚀厚度和p+环的间距进行了优化。仿真分析结果表明,当刻蚀厚度为0.8μm,环间距分别为8,10和9μm时,能获得最高击穿电压。新结构与传统保护环(GR)和传统结终端外延(JTE)相比,BVCEO分别提高了34%和15%。利用该新型终端结构,得到共发射极电流增益β>47、共发射极击穿电压BVCEO为1 570V的4H-SiC BJT器件。     

8.9W/mm高功率密度SiC MESFET器件研制

基于自主研发的碳化硅(SiC)材料外延技术,优化了材料各层结构及参数,减小了Al记忆效应,最终得到了高质量SiC外延片。采用自主研发成熟的SiC MESFET工艺平台,制作了多凹栅器件结构,优化了凹槽尺寸,采用细栅制作技术完成了栅电极制作,最终得到了不同栅宽的SiC MESFET芯片。突破了大栅宽芯片流片、封装及大功率脉冲测试技术,研制成功了微波功率特性良好的MESFET器件。微波测试结果表明,在2 GHz脉冲条件下,0.25 mm栅宽器件,输出功率密度达到8.96 W/mm,功率附加效率达到30%。单胞20 mm大栅宽器件,3.4 GHz脉冲条件下,功率输出达到94 W,功率附加效率达到22.4%。