Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of ASIC, Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051, China
In this work, high-stability 4H-SiC avalanche photodiodes (APDs) for ultraviolet (UV) detection at high temperatures are fabricated and investigated. With the temperature increasing from room temperature to 150°C, a very small temperature coefficient of 7.4 mV/°C is achieved for the avalanche breakdown voltage of devices. For the first time, the stability of 4H-SiC APDs is verified based on an accelerated aging test with harsh stress conditions. Three different stress conditions are selected with the temperatures and reverse currents of 175°C/100 µA, 200°C/100 µA, and 200°C/500 µA, respectively. The results show that our 4H-SiC APD exhibits robust high-temperature performance and can even endure more than 120 hours at the harsh aging condition of 200°C/500 µA, which indicates that 4H-SiC APDs are very stable and reliable for applications at high temperatures.
silicon carbide photodiode UV detector high temperature avalanche Geiger mode 
Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 032502
杨大宝 1张立森 1,2徐鹏 1赵向阳 1[ ... ]冯志红 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司第十三研究所,河北 石家庄 050051
2 专用集成电路国家级重点实验室,河北 石家庄 050051
基于最新研制的小阳极结反向并联肖特基二极管芯片,设计和制造了320~360 GHz固定调谐分谐波混频器。混频器的结构采用的是传统电场(E)面腔体剖分式结构:将二极管芯片倒装焊粘在石英基片上,再用导电银胶将石英电路悬置粘结在混频器下半个腔体上。电路设计采用场路相结合的方法:用场仿真软件建立混频电路各个功能单元的S参数模型,将它们代入非线性电路仿真软件中与二极管结相结合进行混频器性能整体仿真优化。最终测试结果表明,谐波混频器的双边带在4~6 mW的本振功率驱动下,在320~360 GHz超过12%带宽范围内,双边带变频损耗均小于9 dB;混频器在310~340 GHz频带范围内,双边带噪声温度最低为780 K。声温度最低为780 K。
固定调谐 谐波混频器 反向并联 变频损耗 fixed-tuned sub-harmonic mixer anti-parallel conversion loss 
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220168
作者单位
摘要
1 西安交通大学 信息与通信工程学院,陕西 西安 710049
2 中国电子科技集团 第十三研究所,河北 石家庄 050051
提出了一种基于片上集成电容工艺和带阻滤波结构的高功率三倍频器设计方法。在倍频器输入端,首先对倍频器二极管的直流偏置馈电部分进行改进,在梁式引线结构基础上结合二氧化硅(SiO2)工艺实现了片上集成电容,同时解决了三倍频器的直流馈电和射频接地问题,实现电路功能集成的同时也提高了模型仿真精度。此外,在二极管的输入端采用带阻滤波器结构替代传统的低通滤波结构,在保证倍频器性能的同时进一步简化倍频器结构复杂度和尺寸。为进行验证,设计并加工测试了两款中心频率分别为110 GHz和220 GHz的双路功率合成三倍频器。实际测试结果表明,在输入功率500 mW条件下,110 GHz三倍频器的输出峰值功率达到了140 mW,峰值效率接近30%,带宽超过15 GHz;在输入功率300 mW条件下,220 GHz三倍频器的输出峰值功率达到了45 mW,峰值效率达到15%,带宽为15 GHz。两款倍频的测试结果均有优秀表现,验证了设计方法的有效性。
倍频器 片上集成电容 带阻滤波器 波导匹配网络 tripler on-chip integrated capacitors bandstop filter waveguide matching network 
红外与毫米波学报
2021, 40(5): 647
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司 第十三研究所,河北 石家庄 050051
2 专用集成电路重点实验室,河北 石家庄 050051
基于六阳极结反向串联型砷化镓平面肖特基容性二极管,采用平衡式二倍频器结构,成功研制出一种大功率150?GHz二倍频器。使用三维电磁场与非线性谐波平衡联合仿真方法,提高了仿真结果和实际的吻合度,并根据设计结果完成倍频器的加工、装配和测试。倍频器在输出频率为146~158?GHz下的倍频效率达到7%以上;在输出频率为154?GHz时,倍频效率达到12%,输出功率达到71?mW。
太赫兹 二倍频 肖特基二极管 大功率 Terahertz frequency doubler Schottky varactors high power 
太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(2): 171
作者单位
摘要
1 吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春 130012
2 河北半导体研究所 专用集成电路国家重点实验室, 河北 石家庄 050051
为获得高质量的β-Ga2O3薄膜,对传统的GaN薄膜高温氧化方法进行了优化。我们通过对GaN薄膜分别进行一步或两步高温氧化的方法制备了β-Ga2O3薄膜,并通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱等对制备的样品进行了测试、对比与分析。结果表明,950 ℃下GaN薄膜无法完全氧化,而直接1 150 ℃氧化得到的样品并没有明显的晶向。相比之下,通过两步氧化法,GaN薄膜被完全氧化,且得到的β-Ga2O3薄膜具有明显的沿<201>方向的晶向,样品表面显示出明显的纳米线结构。最佳的氧化时间为在950 ℃下氧化3 h之后在1 150 ℃下氧化1 h,此时得到样品的纳米线结构最明显,其纳米线的直径约为30~40 nm。拉曼光谱测试证实了该条件下获得的样品具有较高的晶体质量。通过分析不同样品结构以及形貌特性,我们发现不同温度下的不同氧化模式是导致该结果的主要原因。
氧化镓 宽禁带半导体 高温氧化工艺 gallium oxide wide bandgap simiconductors high temperature oxidation 
发光学报
2019, 40(10): 1247
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of ASIC, Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051, China
Ultraviolet (UV) detectors with large photosensitive areas are more advantageous in low-level UV detection applications. In this Letter, high-performance 4H-SiC p-i-n avalanche photodiodes (APDs) with large active area (800 μm diameter) are reported. With the optimized epitaxial structure and device fabrication process, a high multiplication gain of 1.4 × 106 is obtained for the devices at room temperature, and the dark current is as low as ~10 pA at low reverse voltages. In addition, record external quantum efficiency of 85.5% at 274 nm is achieved, which is the highest value for the reported SiC APDs. Furthermore, the rejection ratio of UV to visible light reaches about 104. The excellent performance of our devices indicates a tremendous improvement for large-area SiC APD-based UV detectors. Finally, the UV imaging performance of our fabricated 4H-SiC p-i-n APDs is also demonstrated for system-level applications.
040.1345 Avalanche photodiodes (APDs) 040.7190 Ultraviolet 040.6070 Solid state detectors 230.5160 Photodetectors 
Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 090401
徐鹏 1杨大宝 1张立森 2梁士雄 2,**[ ... ]冯志红 2,*
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司第十三研究所,河北 石家庄 050051
2 专用集成电路重点实验室,河北 石家庄 050051
基于反向串联型砷化镓平面肖特基容性二极管,采用平衡式二倍频结构,研制出了一种190 GHz大功率输出二倍频器。使用三维电磁场与非线性谐波平衡联合的方法进行了仿真,并根据仿真结果完成了倍频器的加工、装配和测试。倍频器在182~196 GHz输出频率范围内的倍频效率可达8%以上;当输出频率为187 GHz时,倍频效率和输出功率可分别达到15.4%和85 mW。
太赫兹 二倍频 肖特基二极管 大功率 
中国激光
2019, 46(6): 0614022
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of ASIC, Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051, China
In this Letter, we report large-area (600 μm diameter) 4H-SiC avalanche photodiodes (APDs) with high gain and low dark current for visible-blind ultraviolet detection. Based on the separate absorption and multiplication structure, 4H-SiC APDs passivated with SiNx instead of SiO2 are demonstrated for the first time, to the best of our knowledge. Benefitting from the SiNx passivation, the surface leakage current is effectively suppressed. At room temperature, high multiplication gain of 6.5×105 and low dark current density of 0.88 μA/cm2 at the gain of 1000 are achieved for our devices, which are comparable to the previously reported small-area SiC APDs.
040.1345 Avalanche photodiodes (APDs) 040.7190 Ultraviolet 040.6070 Solid state detectors 
Chinese Optics Letters
2018, 16(6): 060401
付兴昌 1,2,*吕元杰 3张力江 1,2张彤 1[ ... ]冯志红 3
作者单位
摘要
1 信息显示与可视化国际合作联合实验室,电子科学与工程学院,东南大学,江苏 南京 210096
2 河北半导体研究所,河北 石家庄 050051
3 专用集成电路国家级重点实验室,河北 石家庄 050051
采用再生长n+ GaN非合金欧姆接触工艺研制了具有高电流增益截止频率(fT)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管 (HFETs),器件尺寸得到有效缩小,源漏间距减小至600 nm.通过优化干法刻蚀和n+ GaN外延工艺,欧姆接触总电阻值达到0.16 Ω·mm,该值为目前金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备的最低值.采用自对准电子束曝光工艺实现34 nm直栅.器件尺寸的缩小以及欧姆接触的改善,器件电学特性,尤其是射频特性得到大幅提升.器件的开态电阻(Ron)仅为0.41 Ω·mm,栅压1 V下,漏源饱和电流达到2.14 A/mm.此外,器件的电流增益截止频率(fT)达到350 GHz,该值为目前GaN基HFET器件国内报道最高值.
铟铝氮氮化镓异质结 异质结场效应晶体管 电流增益截止频率 非合金欧姆接触工艺 纳米栅 InAlN/GaN HFET current gain cut-off frequency nonalloyed Ohmic contacts nano-gate 
红外与毫米波学报
2018, 37(1): 15
作者单位
摘要
河北半导体研究所 专用集成电路国家级重点实验室, 河北 石家庄 050051
在蓝宝石衬底上研制了具有高电流增益截止频率(fT)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管 (HFETs).基于MOCVD外延n+-GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小, 有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm.此外, 采用自对准工艺制备了50 nm直栅.由于器件尺寸的缩小, Vgs= 1 V下器件最大饱和电流(Ids)达到2.11 A/mm, 峰值跨导达到609 mS/mm.根据小信号测试结果, 外推得到器件的fT和最大振荡频率(fmax)分别为220 GHz和48 GHz.据我们所知, 该fT值是目前国内InAlN/GaN HFETs器件报道的最高结果.
再生长n+-GaN欧姆接触 InAlN/GaN InAlN/GaN HFET HFET fT fT regrown n+-GaN ohmic contacts 
红外与毫米波学报
2017, 36(1): 6

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