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文献检索:
  • GaN高频开关电力电子学的新进展
  • 宽禁带半导体的发展给电力电子领域带来新一代功率开关器件,随着Si C功率器件的发展,Ga N功率高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波毫米波领域发展成熟的同时,又在电力电子的高频开关方面进入应用创新的发展阶段。综述了近几年Ga N功率HEMT在高频开关方面的最新进展:高频高效率开关应用;高功率密度;栅极驱动电路设计;大功率集成;热设计和可靠性研究等。重点介绍了基于Ga N功率HEMT在高频开关中应用的特点,在电路拓扑结构设计、寄生参量的抑制、栅极驱动电路设计、功率集成、散热设计与工艺和失效机理等创新。Ga N高频开关电力电子学在应用创新方面已取得重要进展。
  • 降低金属与n型Ge接触电阻方法的研究进展
  • Ge材料中n型杂质激活的电子浓度偏低,以及费米能级钉扎效应导致的金属与n型Ge接触电子势垒高度偏大,使金属与n型Ge接触电阻较大。基于Ge的材料特性,分析了缺陷对杂质浓度以及费米能级钉扎对电子势垒高度的影响;综述了提高Ge材料中n型掺杂电子浓度的方法,如激光退火、磷和锑共掺、循环离子注入/退火、氟钝化等;讨论了降低金属与n型Ge接触电子势垒高度的途径,即插入薄的界面层形成金属-界面层-Ge接触。电子浓度的提高,以及电子势垒高度的降低,有效地减小了金属与n型Ge接触电阻。
  • 可嵌入RFID标签的低功耗单栅非易失性存储器
  • 采用Skysilicon 0.35μm标准CMOS工艺设计并制造了一种可嵌入射频识别(RFID)标签的低功耗单栅非易失性存储器(SPNVM)。与传统的采用双栅工艺制造的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和快闪存储器相比较,所提出的单栅存储器具有更低的制造成本和功耗,更多的可编程次数以及更简单的控制电路。该存储器是将三个MOS晶体管的栅极连在一起作为等效浮栅,数据以电压的形式输出。利用Fowler-Nordheim电子隧穿机制对浮栅注入或泄放电子,这使得编程过程可以自动停止,且浮栅不会被过度编程。所提出的存储器结构仅使用两个正电压便可实现擦除、写入和读取操作。测试结果表明,对存储单元进行擦除和数据写入所需时间均为80 ms,存储器可以实现超过1 000次的编程循环,在芯片未封装的情况下,数据保持时间至少为14天。
  • 一种快速转换的过温保护电路
  • 基于0.35μm BCD工艺设计了应用于车用本地内联网(LIN)收发器芯片内的过温保护电路。在普通两级比较器上引入简单正反馈,实现了温度的滞回特性,避免电路在翻转温度阈值点产生热振荡。利用三极管(BJT)产生的与绝对温度成正比(PTAT)电压和与绝对温度成反比(CTAT)电压进行比较,两者的压差随温度变化快,输出的包含过温判定的控制信号跳转温区小,转换速度快,能实现对芯片的过温锁定保护。利用Cadence Spectre软件对所设计的电路进行仿真,结果表明,正翻转(开启)温度t+=159.4℃,输出信号的由低电平向高电平跳转温区仅为0.1℃,热转换速度为50 V/℃,逆翻转(关闭)温度t-=147.4℃,具有12℃的温度滞回量。电路在电源电压变化时能稳定可靠的工作,可满足汽车电子的应用需求。
  • 2~35 GHz单片微波集成功率检测电路
  • 设计了一种2~35 GHz单片集成功率检测电路。采用Ga As增强/耗尽(E/D)赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制出将功率检波器与电压比较器及输出驱动器单片集成的功率检测电路。采用肖特基二极管实现功率检波器;采用直接耦合场效应晶体管逻辑结构(DCFL)实现电压比较器及输出驱动器。实验结果显示,功率检测单片微波集成电路(MMIC)在输入功率大于3 d Bm条件下输出逻辑电平翻转,从而实现功率检测与指示。功率检测电路芯片在5 V下的静态电流为2 m A,输出高电平电压4.9 V,低电平电压0 V,在2~35 GHz工作频带输入驻波比小于1.5,芯片尺寸为0.65 mm×1.1 mm,此款芯片可广泛应用于接收机、发射机及测试测量仪器中。
  • 高稳定度低相位噪声温补晶振芯片设计
  • 设计了一种满足三级钟标准的高稳定度、低相位噪声温补晶体振荡器(TCXO)集成电路芯片。芯片由电压基准电路、压控晶体振荡电路、温度补偿电压产生电路和缓冲电路等模块组成,只需外接石英晶体谐振器和滤波电容便可构成精密的TCXO。温度补偿电压产生电路输出的电压,随温度变化,满足精确的5次多项式函数特征,使得-40~85℃温度内温补晶振输出的频率温度稳定度优于±0.2×10-6;振荡电路采用了低相位噪声设计技术,使19.99 MHz温补晶振的相位噪声优于-142 d Bc/Hz@1 k Hz。芯片采用0.5μm CMOS工艺制造,面积为2.0 mm×2.0 mm,功耗低于15 m W。
  • 掺铂和电子辐照对快恢复二极管性能的影响
  • 寿命控制技术是现在广泛使用的方法,该方法旨在减少快恢复二极管(FRD)基区载流子寿命从而实现更小的反向恢复时间,同时不可避免地引起其他性能的变化。通过高能电子辐照和扩铂对1 200 V FRD进行了寿命控制,并对铂扩散和电子辐照样品在正向压降温度特性、静态和反向恢复特性等方面进行了对比分析,发现铂扩散样品随扩铂温度的增加,其击穿电压变大;高能电子辐照器件呈现电压正温度系数,其正向压降和反向恢复时间(VF-trr)折中曲线更靠近原点。实验结果表明,高能电子辐照样品具有更好的温度系数、更好的VF-trr折中特性,然而反向电流在125℃却高达约210μA。
  • H2O2基的碱性阻挡层抛光液对Co CMP的影响
  • 由于钴(Co)具有优良的化学物理特性成为下一代极大规模集成电路阻挡层材料之一。Co在碱性抛光液中易被氧化进而钝化其表面,导致Co的去除速率降低甚至低于Cu的去除速率。针对上述问题,研究了螯合剂和H2O2对Co去除速率的影响以及不同体积分数表面活性剂对Co粗糙度的影响。优化并确定了当抛光液p H值为9,Si O2磨料质量分数为4%,螯合剂、H2O2以及表面活性剂的体积分数分别为3.0%、0.05%和1.5%时,Co和Cu的去除速率分别为56.7 nm·min^-1和38.3 nm·min^-1。结果表明,螯合剂和H2O2协同作用提高了Co的去除速率并降低了Co和Cu之间的电位差,有效地控制了二者之间的电偶腐蚀。
  • VDMOS结终端技术对比研究
  • 垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应管(VDMOS)器件的反向耐压能力主要取决于器件结构中的特定pn结反偏击穿电压,由于pn结特性,击穿通常发生在结终端。随着结终端技术的发展,功率VDMOS器件的击穿特性有了很大的提升。主要介绍了几种目前常用的结终端技术的结构及工作原理,包括场限环技术、p+偏移技术、横向变掺杂技术、结终端扩展技术和RESURF技术。重点探讨了每种方法的优缺点,并指出几种结终端技术不同的设计难度、工艺控制和实现要点等。同时固定元胞设计,采用不同的结终端技术试制了600 V VDMOS产品,对比了采用不同结终端技术制作芯片的工艺制造以及成本,可为实际的制造生产提供理论指导。
  • GaZnO透明导电层提高绿光LED发光效率
  • 详细研究了分别利用Ga Zn O薄膜和纳米级Ni/Au薄膜作为透明导电层(TCL)的绿光LED芯片的光电性能。利用扫描电子显微镜和透射光谱对Ga Zn O TCL和传统的纳米级Ni/Au TCL进行结构表征,结果表明,Ga Zn O透明导电层表面呈现为高密度、纳米尺度的突起,而纳米级Ni/Au TCL样品表面则较为平整;研究波长范围内,Ga Zn O薄膜具有较高的透射率(大于90%)。对两种LED芯片的光电特性进行测试,结果表明,Ga Zn O作为透明导电层的LED芯片发光均匀,具有较小的正向开启电压、等效串联电阻,发光峰中心波长变化仅有5.6 nm,而发光效率相对于传统的Ni/Au TCL LED提高40%,光电工作特性优异。
  • 电子束辐照GaN基LED的能量沉积研究
  • 利用基于Monte Carlo方法模拟实际物理过程的CASINO程序,研究Ga N基LED受不同能量电子辐照时电子运动和能量沉积情况等变化,得出不同能量入射电子的能量沉积情况差别较大,且入射能量较低的电子束对Ga N材料的影响较大,这与实验所得结果相符。同时还研究了低能电子束辐照时碰撞能量沉积,将介质层化合物等效为带有一定原子序数的原子,利用解析方法模拟辐照Ga N时的能量沉积。结果表明,每种化合物的传输效率都与传输深度成反比,也与化合物等价原子序数成反比;等价原子序数越小的材料,电离能量损失的峰值越小;利用有效层方法得到电子在材料内部的能量沉积规律,即由于介质之间的差异使不同介质层之间存在明显的能量传输界线。
  • TSV三维集成的缺陷检测技术
  • 硅通孔(TSV)三维集成以其集成密度大、互连延时短以及潜在经济效益高等优势迅速成为了研究热点,三维集成的缺陷检测技术对于优化制造工艺、降低生产成本以及提高器件可靠性等方面均具有十分重要的意义。总结了TSV三维集成缺陷检测面临的巨大挑战,详细介绍了四类缺陷检测方法,包括电学检测方法、光学检测方法、声学检测方法以及X射线检测方法,讨论了这些方法应用于三维集成缺陷检测的原理、特性、不足以及需要解决的关键问题。未来三维集成缺陷将愈加复杂,需要不断加强缺陷的生成和演变机理研究,丰富缺陷检测方法,并持续改善各类方法的检测精度、稳定性以及检测效率。
  • 新型无损IGBT短路耐性测试电路
  • 为保护绝缘栅双极晶体管(IGBT)测试电路及芯片失效信息,提出了一种新型的无损IGBT短路安全工作区测试电路,可以在器件测试时根据测试电流、电压波形特征,自动识别IGBT是否发生失效。一旦被测器件在测试过程中发生失效,测试电路能够立即自动将电流旁路,保护芯片表面不受二次大电流破坏,进而保护芯片失效信息,为芯片的失效分析提供依据。根据设计搭建了测试保护电路,并进行实验比较。通过分析对比失效IGBT模块及芯片内部结构,发现该新型测试电路能在IGBT失效后,保护被测IGBT芯片不被进一步破坏,为失效分析提供充分依据。
  • 用热反射测温技术测量GaN HEMT的瞬态温度
  • 利用具备亚微米量级空间分辨率和纳秒级时间分辨率的热反射测温技术对工作在脉冲偏置条件下的CGH4006P型Ga N HEMT进行了瞬态温度检测。测量了Ga N器件表面栅极、漏极和源极金属各部位在20μs内的瞬态温度幅度、分布及变化速度等数据。栅极、漏极和源极的温度幅度有着非常明显的差距,器件表面以栅为中心呈现较大的温度分布梯度。器件表面栅金属温度变化幅度最高、变化速度最快,其主要温度变化发生在5μs之内。经过仔细分析,器件各部位温度差异的主要原因是器件的传热方向、不同区域与发热点的距离。
  • [趋势与展望]
    GaN高频开关电力电子学的新进展(赵正平[1,2])
    降低金属与n型Ge接触电阻方法的研究进展(周志文;沈晓霞;李世国)
    [半导体集成电路]
    可嵌入RFID标签的低功耗单栅非易失性存储器(杨亚楠;杨晓龙;陈力颖)
    一种快速转换的过温保护电路(张专[1,2];程新红;俞跃辉;王坤)
    2~35 GHz单片微波集成功率检测电路(赵子润;杨实)
    高稳定度低相位噪声温补晶振芯片设计(黎荣林;黎敏强)
    [半导体器件]
    掺铂和电子辐照对快恢复二极管性能的影响(赵豹;贾云鹏;吴郁;胡冬青;周璇;李哲;谭健)
    [半导体制造技术]
    H2O2基的碱性阻挡层抛光液对Co CMP的影响(潘辉;王胜利;张乐;王辰伟;高娇娇)
    VDMOS结终端技术对比研究(赵圣哲;李理;赵文魁)
    [半导体材料]
    GaZnO透明导电层提高绿光LED发光效率(张李骊;刘战辉;钟霞;修向前;张荣;谢自力)
    [可靠性]
    电子束辐照GaN基LED的能量沉积研究(牛萍娟[1,2,3];吴英蕾[1,3];于莉媛[1,2,3];朱文睿[1,3];薛卫芳[1,3])
    [半导体检测与设备]
    TSV三维集成的缺陷检测技术(陈鹏飞;宿磊;独莉;廖广兰;史铁林)
    新型无损IGBT短路耐性测试电路(黄建伟[1,2];刘国友[1,2];余伟[1,2];罗海辉[1,2];朱利恒[1,2];覃荣震[1,2])
    用热反射测温技术测量GaN HEMT的瞬态温度(翟玉卫;梁法国;郑世棋;刘岩;李盈慧)
    《半导体技术》封面

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