宽禁带半导体

摘要： 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。

摘要： 为应对气候变化,2020年9月,中国宣布了“2030碳达峰”和“2060碳中和”的愿景。身处半导体赛道的行业巨头们,早就按捺不住内心的渴望,开始向“碳中和”市场进军。以碳化硅(SiC)为代表的宽禁带半导体(第三代半导体)成为市场聚焦的新赛道。

摘要： 近日,在西安市人民政府官网上,公布了《西安市“十四五”科技创新发展规划》(以下简称规划)。规划中提出要发挥西安新材料产业优势,围绕国民经济和社会发展重大需求,聚焦稀有金属材料、光电能源材料、空天复合材料、石墨烯材料、汽车轻量化材料、生物医药材料、陶瓷基复合材料、增材制造等重点领域,前瞻布局高端新材料、前沿新材料,突破材料性能及成分控制等工艺技术,形成重点领域“材料+器件+装备”一体化发展优势,全面提升全市新材料产业竞争力。

摘要： 发展宽禁带半导体不能只拿来不创新,宽禁带半导体(又称第三代半导体)器件和材料产业已在国内外开始部署。近年来,迅速发展起来的(超)宽禁带半导体材料是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”,在半导体照明、新一代移动通信、智能电网等领域具有广阔的应用前景,有望成为支撑信息、能源、交通、国防等产业发展的重点新材料。中国科学院院士、西安电子科技大学教授郝跃介绍,宽禁带半导体最明显的特征是它的半导体禁带宽度宽,在材料的性质方面更接近绝缘体。因此,以氮化镓和碳化硅为代表的这类宽禁带半导体材料拥有击穿电场强度高、工作温度高、器件导通电阻低、电子密度高等优势。目前,宽禁带半导体主要在3个领域有强大的市场竞争力。

摘要： 针对近年来出现的新型宽禁带半导体材料和器件,介绍了SiC,GaN,Ga_(2)O_(3)材料和器件重离子辐照效应的一些研究成果:SiC材料对重离子辐照不敏感,但SiC器件在高压工作条件下易发生重离子单粒子效应;GaN材料有较好的抗低能重离子辐照特性,但对快重离子辐照,易发生辐照损伤,影响GaN器件性能;Ga_(2)O_(3)材料快重离子辐照下易发生结构损伤,影响Ga_(2)O_(3)器件性能。同时着重阐述了SiC器件重离子辐照响应特性与失效机理,以及GaN器件电学性能退化与材料结构损伤之间关系。

摘要： 记者从广州南沙近日举办的2022年重点集成电路(半导体)企业座谈会上获悉,南沙已经在车规级芯片“碳化硅”领域,引进了一批研发、制造与投资的企业和机构,吹响了打造中国集成电路“第三极”中重要一极的号角。当前集成电路产业已成为大国战略竞争和博弈的焦点。去年发布的《广东省制造业高质量发展“十四五”规划》,提出要“打造半导体及集成电路全产业链,建成具有国际影响力的半导体及集成电路产业聚集区”。广州发布的《广州市半导体与集成电路产业发展行动计划(2022-2024年)》提出打造“一核两极多点”的产业格局,南沙作为其中一极,重点打造宽禁带半导体全产业链基地。南沙开发区党工委委员黄晓峰在座谈会上表示,南沙作为国家级新区、广东自贸片区、粤港澳全面合作示范区和广州唯一的城市副中心,有责任承担起发展集成电路产业的重任。

摘要： 研究了超声雾化化学气相沉积(Mist-CVD)法外延生长α-Ga_(2)O_(3)薄膜过程中通入雾流速率的调控及其对薄膜生长质量的影响。利用COMSOL Multiphysics软件仿真得到在0.1~0.2 m/s的雾流速率下基板表面具有稳定的雾流和较小的温度变化。对比了通入雾流速率为0.118、0.177和0.251 m/s时所生长的α-Ga_(2)O_(3)薄膜的差异。X射线衍射(XRD)表明在上述3种速率下均成功外延生长出α-Ga_(2)O_(3)薄膜。薄膜生长速率在一定范围内随着雾流速率的增加而提高,但当雾流通入速率过高时,α-Ga_(2)O_(3)薄膜表面发生翘曲开裂,且其光学带隙变小。

摘要： 成立于2009年1月的东莞市天域半导体科技有限公司(以下简称“天域半导体”),是我国首家专业从事第三代宽禁带半导体碳化硅(SiC)外延晶片研发、生产与销售的国家高新技术企业,同时也是国内首家通过汽车质量管理体系(IATF16949:2016)的外延材料企业。作为第三代半导体产业技术创新战略联盟副理事单位,天域半导体为东莞市乃至广东省的半导体产业集群化发展起到重要引领和辐射作用,并为东莞打造全省碳化硅半导体产业高地提供了重要支撑。

摘要： 第三代半导体是指以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的宽禁带半导体(禁带宽度大于2 eV),近年来扩展至氮化铝(AlN)、金刚石、氧化镓(Ga_(2)O_(3))、氮化硼(BN)等超宽禁带半导体。相比于以硅(Si)、锗(Ge)为代表的第一代半导体和以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体,第三代半导体具有更大的禁带宽度和击穿电场、更高的工作频率和电子漂移饱和速度、更稳定的物理化学性质等优异特性,可满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及高辐射等恶劣条件的要求。第三代半导体是推动半导体集成电路产业实现“超越摩尔”的重要材料,是新一代通信、新能源汽车、轨道交通、智能电网、新型显示、航空航天等诸多高技术领域无可替代的“核芯”,也是实现碳达峰、碳中和、以及新型基础设施建设等国家战略需要的重要环节,正逐渐成为全球各国取得竞争优势的战略高地。

摘要： 碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料,不仅禁带宽度较大,还兼具热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射性能强、热稳定性和化学稳定性好等优良特性,在高温、高频、高功率电力电子器件和射频器件中有很好的应用潜力。高质量、大尺寸、低成本SiC单晶衬底的制备是实现SiC器件大规模应用的前提。受技术与工艺水平限制,目前SiC单晶衬底供应仍面临缺陷密度高、成品率低和成本高等问题。高温溶液生长(high temperature solution growth,HTSG)法生长SiC单晶具有晶体结晶质量高、易扩径、易实现p型掺杂等独特的优势,有望成为大规模量产SiC单晶的主要方法之一,目前该方法的主流技术模式是顶部籽晶溶液生长(top seeded solution growth,TSSG)法。本文首先回顾总结了TSSG法生长SiC单晶的发展历程,接着介绍和分析了该方法的基本原理和生长过程,然后从晶体生长热力学和动力学两方面总结了该方法的研究进展,并归纳了该方法的优势,最后分析了TSSG法生长SiC单晶技术在未来的研究重点和发展方向。

摘要： 空间太阳能电站需要高效率、良好环境适应性和长寿命的新型光电转换材料和大功率半导体器件.从功率器件和太阳能电池两个方面,概述了宽禁带半导体在太阳能技术中的应用和研发动态.采用宽禁带半导体设计的GaN高效固态功放和禁带宽度从0.7eV(InN)～3.4eV(GaN)连续可调的InGaN直接带隙的太阳能电池具有可靠性高、效率高、体积小、质量轻、高抗辐射能力等优点.因此,随着GaN基宽禁带半导体材料及器件的进一步发展,可助推空间太阳能电站早日实现.

摘要： 课题组掌握大面单晶金刚石晶圆生长、电子器件级单晶金刚石薄膜外延生长、掺杂的核心技术,同时掌握设备的制造和研发技术.着重对特色技术-克隆技术进行介绍。目前国内首次实现了英寸级金刚石单晶晶圆的克隆生长,工艺稳定.

摘要： 宽禁带半导体SiC是最有发展前途的电力电子材料,满足牵引变流器轻量化、小型化、高效化的发展趋势.本文阐述了SiC电力电子器件在牵引领域的应用现状,介绍了SiCSBD、SiCMOSFET、SiCJFET及SiCIGBT的优势及特点,论证了SiC电力电子器件在牵引领域应用面对的挑战.相比于目前广泛应用的Si电力电子器件，SiC器件可工作于更高的开关频率，实现电容及电感等储能和滤波部件小型化;芯片功率密度更大，缩小器件及功率模块尺寸;损耗小，工作结温高，减小冷却装置体积。这些优良特性共同推动牵引变流器向小型化、轻量化、高效率的方向发展。当前制约SiC电力电子器件在牵引领域应用的主要因素包括:衬底及外延成本高，芯片价格高;材料缺陷多，芯片成品率及单只芯片电流受到限制;封装技术存在瓶颈，SiC材料性能无法得到完全展现。不过可以看见的是，随着SiC材料技术的不断发展及各大厂商对SiC器件的重视，SiC电力电子器件未来几年在成品率、可靠性、价格及封装技术方面可获得较大改善，将广泛应用于牵引领域，逐步展现出其性能和降低变流系统成本方面的优势，对牵引变流器的发展和变革产生持续的推动作用。

摘要： 本文报道了In0.17Al0.83N在5wt％ KOH碱性溶液中的腐蚀行为研究.通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察腐蚀样品,发现其腐蚀机理是源于晶体缺陷的腐蚀,在In0.17Al0.83N中形成缺陷腐蚀坑,同时暴露在腐蚀液中的腐蚀坑侧壁更容易受到腐蚀,造成了以侧向腐蚀为主的腐蚀.AFM和SEM观察到的大多数腐蚀坑是与InAlN晶体中的螺位错、刃位错有关.这种腐蚀方法适合在宽禁带半导体制造中以InAlN为牺牲层的工艺上应用.

摘要： 本文综述了实现新一代高性能T/R组件的技术途径,通过美国DARPA/MTO近几年来推出的一系列计划,重点讨论了宽禁带半导体技术、高密度集成技术和MEMS技术在AESA阵列中的应用.

摘要： ZnO宽禁带半导体及其合金材料MgZnO，由于其带边共振吸收在紫外波段甚至可扩展到日盲紫外波段(200nm-280nm)，被认为是制作日盲紫外探测器最好的候选材料之一。但是由于MgO和ZnO分别具有盐岩相(Rocksalt)和纤锌矿相(Wurtzite)两种不同的稳定晶体结构，所以MgZnO很难形成连续合金薄膜。本研究工作利用rf-MBE，制备出了立方相MgZnO单晶合金薄膜。其透射谱结果表明，立方相MgZnO材料带隙可以调控到4.960eV，已进入日盲紫外波段。低温光致发光谱说明，由于高密度表面态或杂质缺陷态存在，立方相MgZnO材料带边发射峰非常弱，只能存在带隙内杂质带发光。

摘要： Si功率器件的开关性能已随其结构设计和制造工艺的完善而接近由其材料特性决定的理论极限,难以满足新一代高性能弧焊逆变电源对紧凑体积、高温、高功率密度、高压、高频以及抗辐射等恶劣工况条件的新要求.宽禁带(WBG)半导体是一种革命性的电力电子材料,已成为下一代电力电子器件的主攻方向.本文主要介绍WBG功率器件的基本特点、类型以及发展情况,重点介绍WBG功率器件应用于弧焊逆变电源时需要重点解决的关键科学和技术问题,为促进和推动下一代WBG弧焊逆变电源的发展和应用奠定基础.

摘要： Si功率器件的开关性能已随其结构设计和制造工艺的完善而接近由其材料特性决定的理论极限,难以满足新一代高性能弧焊逆变电源对紧凑体积、高温、高功率密度、高压、高频以及抗辐射等恶劣工况条件的新要求.宽禁带(WBG)半导体是一种革命性的电力电子材料,已成为下一代电力电子器件的主攻方向.本文主要介绍WBG功率器件的基本特点、类型以及发展情况,重点介绍WBG功率器件应用于弧焊逆变电源时需要重点解决的关键科学和技术问题,为促进和推动下一代WBG弧焊逆变电源的发展和应用奠定基础.

摘要： Si功率器件的开关性能已随其结构设计和制造工艺的完善而接近由其材料特性决定的理论极限,难以满足新一代高性能弧焊逆变电源对紧凑体积、高温、高功率密度、高压、高频以及抗辐射等恶劣工况条件的新要求.宽禁带(WBG)半导体是一种革命性的电力电子材料,已成为下一代电力电子器件的主攻方向.本文主要介绍WBG功率器件的基本特点、类型以及发展情况,重点介绍WBG功率器件应用于弧焊逆变电源时需要重点解决的关键科学和技术问题,为促进和推动下一代WBG弧焊逆变电源的发展和应用奠定基础.

摘要： Si功率器件的开关性能已随其结构设计和制造工艺的完善而接近由其材料特性决定的理论极限,难以满足新一代高性能弧焊逆变电源对紧凑体积、高温、高功率密度、高压、高频以及抗辐射等恶劣工况条件的新要求.宽禁带(WBG)半导体是一种革命性的电力电子材料,已成为下一代电力电子器件的主攻方向.本文主要介绍WBG功率器件的基本特点、类型以及发展情况,重点介绍WBG功率器件应用于弧焊逆变电源时需要重点解决的关键科学和技术问题,为促进和推动下一代WBG弧焊逆变电源的发展和应用奠定基础.

摘要： 本发明提出了一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置及方法，装置包括动态特性测量电路模块以及数据采集模块；其中，所述动态特性测量电路模块用于向待测器件施加电压应力，进行动态特性测量；所述数据采集模块用于采集待测器件的电学参数；所述动态特性测量电路模块包括控制信号输出电路、电压应力施加电路以及钳位电路；其中，所述控制信号输出电路用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路的工作状态；所述电压应力施加电路用于对待测器件施加栅极电压应力以及漏极电压应力；所述钳位电路用于供所述数据采集模块采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获取待测器件的动态导通电阻。

摘要： 本实用新型涉及半导体器件测试装置，公开了一种宽禁带功率半导体器件动态性能测试装置，其包括脉冲信号发生器、驱动单元和提供测试装置电源的供电电源；脉冲信号发生器提供脉冲信号至驱动单元；其驱动单元包括驱动母板和与驱动母板插拔连接的驱动子板；且待测宽禁带功率半导体器件置于驱动子板上。通过本实用新型设计的测试装置由于驱动子板与驱动母板的插拔连接其测试灵活，根据不同的测试需求更换不同的驱动子板；同时通过本实用新型设计的测试装置其寄生电感小。

摘要： 本发明涉及一种宽禁带半导体电解质及其制备方法和宽禁带半导体电解质燃料电池及其组装方法，上述电解质为一种由共沉淀法制备的氧化镁纳米粉末，其具有6.29eV的宽带隙值，在420‑500°C下也具有可观的离子电导率，利用其组装形成的燃料电池在低温区间表现出优良的输出功率、较好的可重复性和超过100小时的稳定性，与现有的固体氧化物燃料电池相比，本发明提供的燃料电池可有效降低固体氧化物燃料电池的运行温度，在低温区间具有明显优势。

摘要： 本发明公开了一种基于导电金属带的宽禁带半导体双面散热模块封装结构，不同桥臂的半导体功率芯片设置于不同的功率衬底上，减小模块的体积，极大提高了模块功率密度；功率垫片设置于顶部、底部功率衬底之间，起机械支撑和电气连接作用，在双面散热的基础上为每一个半导体功率芯片提供额外的散热路径，降低芯片之间热耦合程度，达到芯片均温效果，同时改善芯片散热环境；驱动回路与换流回路近于在空间上近于垂直，回路之间电磁耦合程度得到极大降低，模块可靠性得到进一步提升；换流回路使用导电金属带完成芯片所须的电气连接，模块寄生电感数值极大减小，其中源极导电金属带于连接处开有孔槽，可以使寄生电感分布均匀度得到提升，达到芯片均流效果。

摘要： 本发明涉及一种基于多孔宽禁带半导体材料的高温大功率超级电容器及其制备方法，它包括正极、负极、隔膜和电解液，正极、负极为多孔宽禁带半导体单晶，正极、负极叠加在一起，正极、负极之间设置有隔膜隔，电容器内部填充电解液，为对称型超级电容器。本发明的大功率超级电容器同时具有优异的高温稳定性和出色的功率密度，更优的比电容量和高温容量保持率，能够在150°C高温下稳定服役，远高于目前大多数超级电容器使用温度，同时兼具高的能量‑功率密度(测试基于多孔N掺杂4H‑SiC单晶片超级电容器在高温环境下的储能性能，结果显示在150°C的高温下，器件的最大能量密度达到4.63μWh cm‑2，最大功率密度达到67.5mW cm‑2)。

摘要： 基于宽禁带半导体功率器件的Cascode‑light型反激电源，包括变压器、前端续流电路、开关单元、控制电路、输出二极管、负载电路；变压器初级侧同名端引脚连接电源Vin正极端，初级侧另一引脚连接开关单元；输出二极管和负载电路设于变压器次级侧；前端续流电路并联连接在变压器初级侧；开关单元包括共源极连接的SiC N‑JFET和P‑MOSFET，SiC N‑JFET的漏极连接变压器初级侧另一引脚，P‑MOSFET的漏极连接电源Vin负极端；控制电路连接SiC N‑JFET和P‑MOSFET的栅极，用于控制P‑MOSFET导通，并用于输出PWM驱动信号控制SiC N‑JFET的导通和关断。本方案电路结构简单利于集成化，损耗小，有效解决传统反激电源的应用缺陷，可广泛应用于高温高频高压领域。

摘要： 为克服现有宽禁带半导体材料存在大量自发缺陷，难以获得本征半导体以及难以实现反型掺杂的问题，本发明公开了一种通过外加电压，可控地提高自发缺陷的形成能，同时降低反型掺杂缺陷的形成能，实现本征宽禁带半导体材料制备与反型掺杂的方法。该方法包括以下操作步骤：在生长本征宽禁带半导体材料以及反型掺杂过程中，给自发形成N型导电的宽禁带半导体材料施加正偏压，给自发形成P型导电的宽禁带半导体材料施加负偏压。本发明同时公开了上述方法在制备本征氧化锌以及P型掺杂氧化锌中的应用。

摘要： 本发明公开了一种基于旁路铜柱散热的宽禁带功率半导体模块，若干串联或并联的宽禁带功率半导体芯片排布在功率基板上表面的导电金属基板上；顶部以及底部功率衬底由旁路铜柱、辅助铜柱进行支撑连接；旁路铜柱的布局设计使得功率模块中并联芯片散热环境相似、热耦合一致，达到芯片均温的效果；旁路铜柱的热量传递能力提供芯片向顶部功率衬底传导热量的通道，大幅提高芯片散热能力，适用于多个宽禁带半导体功率芯片并联的大电流等级功率模块。

摘要： 本发明公开了一种宽禁带半导体模块的封装结构以及封装方法，包括：半导体模块，半导体模块包括氮化物芯片、二极管、若干打线盘、焊盘和管脚；氮化物芯片和二极管通过打线和铺铜走线的方式连接在一起，固定于衬底板上；打线盘通过打线方式连接对应的焊盘，该焊盘通过管脚引出；管脚通过焊盘固定在所述衬底板上下端。本发明通过打线和铺铜走线的方式将氮化物芯片和二极管连接并固定衬底板上，避免因氮化物芯片与二极管导线较长而产生寄生效应，提高了半导体模块的稳定性；氮化物芯片和二极管底部利用铺铜走线，铜的导热系数高，便于热传导，直接将半导体模块的热量通过铜传递到下层的衬底板，更好的进行散热。同时这种设计还节省了空间，便于后续半导体器件的制备。

摘要： 本实用新型公开了适用于宽禁带半导体电路的高频磁性元件，其包括：第一磁体，其呈圆环状，其上端表面设有自上端往下端方向凹陷的第一凹槽，其下端表面设于自下端往上端方向凹陷的第二凹槽；第二磁体，其呈圆环状，其嵌入在第一凹槽内；第三磁体，其呈圆环状，其嵌入在第二凹槽内部；第一弹性体，其呈圆环状，其与第二磁体的上端表面相互连接；第二弹性体，其呈圆环状，其与第三磁体的下端表面相互连接。本实用新型的有益效果是：可以通过更换第二磁体和第三磁体来实现缩小设计尺寸，同时成本涨幅不大的，结构简单，寿命长的优点。