1 西安交通大学, 电子物理于器件教育部重点实验室, 西安 710049
2 西安交通大学电子与信息学部, 宽禁带半导体与量子器件研究所, 西安 710049
相较于传统的硅材料, 宽禁带半导体材料更适合制作高压、高频、高功率的半导体器件, 被认为是后摩尔时代材料创新的关键角色。单晶金刚石拥有大禁带宽度、高热导率、高迁移率等优异特性, 更是下一代大功率、高频电子器件的理想半导体材料。然而由于可获得单晶金刚石的尺寸较小, 且价格昂贵, 极大地阻碍了金刚石的发展。历经长时间的探索, 异质外延生长技术成为了获得高质量、大面积单晶金刚石的有效手段。本综述从金刚石异质外延的衬底选择、生长机理以及质量改善等方面对近些年来异质外延单晶金刚石的发展进行详细介绍。进一步地, 对基于异质外延单晶金刚石的场效应晶体管和二极管的研究进行了总结, 说明了异质外延单晶金刚石在电子器件领域的巨大潜力。最后总结了异质外延单晶金刚石仍需面对的挑战, 展望了其在未来的应用与发展前景。
单晶金刚石 异质外延生长 宽禁带半导体 半导体器件 场效应晶体管 二极管 single-crystal diamond heteroepitaxial growth wide-band gap semiconductor semiconductor device field-effect transistor diode
1 河北省产品质量监督检验研究院, 河北 石家庄 050000
2 电子科技大学, 四川 成都 610000
3 中国电子科技集团公司第十三研究所, 专用集成电路国家级重点实验室, 河北 石家庄 050000
针对太赫兹通信及成像等系统对高集成度射频收发链路的需求, 在自主研制的太赫兹肖特基二极管的基础上, 建立了器件的精确模型, 设计并制备出基于二极管的倍频/混频单片集成芯片, 解决了传统二极管装配难度大、一致性差的难题, 提高了器件的性能。成功研制出170 GHz、340 GHz倍频器和340 GHz混频器模块, 并且开发出集成化的340 GHz发射与接收链路。发射端一体化模块实现了342 GHz功率为22 mW的输出, 接收端一体化模块实现了330～350 GHz单边带变频损耗在10 dB上下。该模块的开发为未来太赫兹通信及成像技术的应用奠定基础。
半导体器件 太赫兹肖特基二极管 倍频器 混频器 收发链路 semiconductor device terahertz Schottky diode frequency multiplier mixer transceiver link
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
研究了金属Cr作为扩散阻挡层的GaAs欧姆接触技术，设计了Au/Cr/AuGe/Ni和Ti/Cr/Au两种欧姆接触合金系统，并对Cr阻挡层厚度与退火条件进行了优化。研究结果表明：两种合金系统均可在380～480 ℃退火条件下形成欧姆接触，且Au/Cr/AuGe/Ni系统在420 ℃/60 s退火条件下的比接触电阻率为2.63×10－6 Ω·cm2，相较于在相同基底上镀制的Au/Ni/AuGe/Ni合金系统比接触电阻率的最低值1.54×10－5 Ω·cm2降低了近一个数量级，且具有更好的表面形貌；Ti/Cr/Au系统在440 ℃/60 s退火条件下的比接触电阻率为6.99×10－7 Ω·cm2，且在420～460 ℃相对较宽的温度范围内均可获得低的比接触电阻率。
材料 半导体器件 欧姆接触 扩散阻挡层 合金化 比接触电阻率 中国激光
2022, 49(11): 1103001
苏州大学, 放射医学及交叉学科研究院, 放射医学与辐射防护国家重点实验室, 苏州 215123
钙钛矿材料在太阳能电池和光电探测等领域的快速发展, 带动了其在核辐射探测领域的应用研究。钙钛矿晶体结构拥有多样化的结构容忍性, 如何设计组分并挖掘材料的相关特性具有很大的科学挑战。其次, 针对新型钙钛矿材料特性, 需要根据应用场景来优化半导体器件设计, 才能最大限度地发挥其辐射探测性能。鉴于此, 本文从熔体法晶体生长及半导体器件设计等角度, 探讨了不同维度钙钛矿结构的材料特性及辐射探测器件性能, 以期为该材料在核辐射探测领域的发展提供参考。
无机钙钛矿半导体 熔体法 单晶 半导体器件 核辐射探测 三维钙钛矿 二维钙钛矿 缺陷钙钛矿 inorganic perovskite semiconductor melt-grown method single crystal semiconductor device nuclear radiation detection 3D perovskite 2D perovskite defect perovskite
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大学实验区, 长春 130012
研制了一种针对半导体器件的温度控制系统, 不仅可用于对内置热电制冷器的半导体器件的温度控制, 同时实现了在宽环境温度范围内对无热电制冷器及热敏电阻的半导体器件的温度控制.系统硬件主要由两部分组成, 第一部分包括主控制器模块、温度采集模块和热电制冷器电流控制模块, 实现对内置热电制冷器的半导体器件的温度控制; 第二部分包括辅控制器模块、温度采集模块、金属氧化物场效应管开关电路模块及附加四级热电制冷器, 实现对无热电制冷器的半导体器件的温度控制.软件部分, 主辅控制器分别实时采集半导体器件的工作温度, 采用积分限幅式数字比例-积分-微分算法, 调整热电制冷器驱动器的电流实现恒定的温度控制.利用本文研制的温度控制系统对内置热电制冷器的半导体激光器的温度控制准确度为±0.01℃, 温度稳定性为0.004 8℃; 在无热电制冷器的半导体光源的温度控制实验中, -18℃、室温、40℃环境下的温控准确度分别为±0.05℃、±0.01℃、±0.02℃.利用研制的温控系统连续5 h测试了1.563 μm激光器的输出光谱, 峰值输出波长稳定; 采用1.653 μm激光器, 分别利用研制的温控系统和商用系统开展了甲烷气体检测实验, 与商用控制器相比, 本文研制的温控仪获得的系统检测下限更低.该系统具有体积小、成本低、便于集成、工作稳定可靠的优点, 在气体检测中有良好的应用前景.
光电子学 半导体器件 温度控制 近红外 气体检测 Optoelectronics Semiconductor device Temperature control Near infrared Gas detection
Author Affiliations
Abstract
1 Nagaoka University of Technology, Kamitomioka Nagaoka, Niigata 940-2188, Japan
2 Pulsed Power Laboratory Ltd., Ogaki, Ritto, Shiga Prefecture 520-3024, Japan
3 Japan Aerospace Exploration Agency, Ibaraki Prefecture, Tsukuba, Sengen 2-1-1, 305-8505, Japan
A high-current pulse forming network (PFN) has been developed for applications to artificial solar-wind generation. It is switched by staticinduction thyristor (SIThy) and is capable of generating pulsed current of ~9.7 kA for a time duration of ~1 ms. The SIThy switch module is made that it can be controlled by an optical signal and it can be operated at elevated electrical potential. The experiments reported in this paper used two switch modules connected in series for maximum operating voltage of 3.5 kV. The experimental results have demonstrated a pulsed high-current generator switched by semiconductor devices, as well as the control and operation of SIThy for pulsed power application.
Pulsed power Pulse forming network Power semiconductor device Thyristor High voltage Matter and Radiation at Extremes
2018, 3(5): 261
1 吉林大学 集成光电子学国家重点实验室, 长春 130012
2 清华大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
为了解决飞秒激光加工硬质材料所带来的表面质量差的问题, 提出了离子束刻蚀与飞秒激光复合加工技术.利用飞秒激光加工技术在碳化硅表面制备微纳结构图形, 然后通过离子束刻蚀技术对碳化硅微纳结构进行刻蚀, 以调控结构的线宽和深度, 使结构表面粗糙度由约106 nm降低到11.8 nm.研究表明, 利用该技术制备的碳化硅菲涅尔波带片展现出良好的聚焦和成像效果.
超快激光 半导体加工技术 离子束刻蚀 碳化硅 微光学元件 Ultrafast lasers Semiconductor device manufacture Ion beams etching Silicon carbide Micro-optical components 光子学报
2018, 47(12): 1214003
1 西安交通大学 电子物理与器件教育部重点实验室, 陕西 西安710049
2 西安交通大学 微电子学院, 陕西 西安710049
基于半导体仿真软件Silvaco TCAD对薄膜晶体管(TFT)进行器件仿真, 并结合实验验证, 重点分析不同绝缘层材料及结构对TFT器件性能的影响。仿真及实验所用薄膜晶体管为底栅电极结构, 沟道层采用非晶IGZO材料, 绝缘层采用SiNx和HfO2多种不同组合的叠层结构。仿真及实验结果表明: 含有高k材料的栅绝缘层叠层结构较单一SiNx绝缘层结构的TFT性能更优; 对SiNx/HfO2/SiNx栅绝缘层叠层结构TFT, HfO2取40 nm较为合适; 对含有高k材料的3层和5层绝缘层叠层结构TFT, 各叠层厚度相同的对称结构TFT性能最优。本文通过仿真获得了TFT性能较优的器件结构参数, 对实际制备TFT器件具有指导作用。
半导体器件仿真 薄膜晶体管 绝缘层 氮化硅 二氧化铪 叠层结构 semiconductor device simulation thin film transistor insulation layer SiNx HfO2 overlapping structure
中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄 050051
从空间分辨率的定义出发,指出物镜的数值孔径和光的波长是决定光学仪器空间分辨率的主要因素。给出了空间分辨率影响半导体器件结温检测结果准确度的原理。对GaN HEMT进行了不同空间分辨率下的显微红外温度检测,较低空间分辨率下的测温结果低于高空间分辨率下的测温结果,证明空间分辨率的不足会导致温度测量结果偏低。
空间分辨率 数值孔径 温度检测 半导体器件 spatial resolution numerical aperture thermal measurement semiconductor device
燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
针对大功率LED光源存在的散热问题, 在风冷散热条件下, 对加装导流罩的大功率LED散热器进行优化设计。在肋片结构参数固定的条件下, 利用流体分析软件对导流罩的内径、高度、进气口直径以及散热器肋片夹角进行优化。通过改变这些参数来改变散热片表面气体流体的流形、风速等值, 最终改变肋片表面对流换热系数。获得的导流罩和肋片夹角参数: 导流罩高度85 mm, 进气口直径76 mm, 出气口直径83 mm, 散热器肋片夹角9°。通过优化使散热器温度有一定程度的降低, 为大功率LED灯具散热设计提供了一种优化方案。
半导体器件与技术 导流罩优化 大功率LED 风冷 semiconductor device and technology shroud optimization high power LED air-cooling
