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面向聚变中子探测的宽禁带半导体探测器关键问题与研究挑战
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作者 苏凯 张金风 +4 位作者 张逸韵 蒋树庆 郭辉 张进成 郝跃 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2933-2938,共6页
近年来国际聚变反应研究获得重大进展,选择抗位移能力强的宽禁带半导体探测器是推动聚变研究的关键技术之一.金刚石超宽禁带半导体具备卓越抗辐照和时间响应等特性,是聚变诊断特别是高能中子诊断的理想材料,碳化硅宽禁带半导体也可测量... 近年来国际聚变反应研究获得重大进展,选择抗位移能力强的宽禁带半导体探测器是推动聚变研究的关键技术之一.金刚石超宽禁带半导体具备卓越抗辐照和时间响应等特性,是聚变诊断特别是高能中子诊断的理想材料,碳化硅宽禁带半导体也可测量中子,且大尺寸外延技术更成熟,可覆盖聚变研究装置上的大规模应用.通过这两种宽禁带半导体辐射探测器的研究并实现自主可控的高性能器件制备,将显著提高我国核聚变反应测量系统的性能,支持我国在未来的全球能源革命中处于领先优势.本文将对这两种宽禁带半导体探测器在聚变中子探测应用场景下研制的关键问题和研究挑战进行探讨,助力我国聚变能源开发和应用. 展开更多
关键词 中子探测器 金刚石 碳化硅 能量分辨 脉冲响应
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4H-SiC CMOS高温集成电路设计与制造
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作者 陈浩炜 刘奥 +3 位作者 黄润华 杨勇 刘涛 柏松 《固体电子学研究与进展》 CAS 2024年第2期109-112,118,共5页
设计、制造并测试了基于碳化硅材料的横向MOSFET器件和CMOS电路。常温时,N型和P型MOSFET在片测试的阈值电压分别约为5.4 V和-6.3 V;温度达到300℃时,N型和P型MOSFET的阈值电压分别为4.3 V和-5.3 V。由N型和P型MOSFET组成的CMOS反相器在... 设计、制造并测试了基于碳化硅材料的横向MOSFET器件和CMOS电路。常温时,N型和P型MOSFET在片测试的阈值电压分别约为5.4 V和-6.3 V;温度达到300℃时,N型和P型MOSFET的阈值电压分别为4.3 V和-5.3 V。由N型和P型MOSFET组成的CMOS反相器在常温下输出的上升时间为1.44μs,下降时间为2.17μs,且在300℃高温条件下仍可正常工作。由CMOS反相器级联成的环形振荡器在常温下的测试工作频率为147 kHz,在高温下也可正常工作。 展开更多
关键词 碳化硅 CMOS 集成电路 反相器 环形振荡器
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1200V沟槽型SiC MOSEET器件研制
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作者 张跃 柏松 +3 位作者 李士颜 陈谷然 黄润华 杨勇 《固体电子学研究与进展》 CAS 2024年第3期F0003-F0003,共1页
碳作为宽禁带半导体材料的典型代表,碳化硅(SiC)功率器件具有高压,高频、高温,大容量等独特优势,在新能源汽车、光伏逆变、智能电网,雷达通信等领域有着乐观的应用前景。主流SiC MOSFET器件包括平面型和沟槽型,前者受限于较低的沟道迁... 碳作为宽禁带半导体材料的典型代表,碳化硅(SiC)功率器件具有高压,高频、高温,大容量等独特优势,在新能源汽车、光伏逆变、智能电网,雷达通信等领域有着乐观的应用前景。主流SiC MOSFET器件包括平面型和沟槽型,前者受限于较低的沟道迁移率和较大的元胞尺寸,难以充分发挥SiC器件的材料优势,后者将导电沟道由横向改为纵向,既明显改善了沟道迁移率,又大幅提升了沟道密度,使得器件导通电阻显著降低,代表着SiCMOSFET的未来发展方向。 展开更多
关键词 宽禁带半导体材料 MOSFET器件 导通电阻 迁移率 平面型 功率器件 沟道密度 新能源汽车
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Si衬底上基于诱导成核技术的高质量GaN外延
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作者 许钪 许晟瑞 +7 位作者 陶鸿昌 苏华科 高源 杨赫 安瑕 黄俊 张进成 郝跃 《电子学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期3907-3913,共7页
氮化镓(GaN)具有直接带隙、高频、大功率和高电子迁移率等优良的材料特性,使其在电力电子和光电器件等领域都具有广阔的应用前景.Si衬底具备大尺寸、低成本和工艺兼容性好等优势,所以Si基GaN具有很高的研究价值和商业价值.GaN材料的晶... 氮化镓(GaN)具有直接带隙、高频、大功率和高电子迁移率等优良的材料特性,使其在电力电子和光电器件等领域都具有广阔的应用前景.Si衬底具备大尺寸、低成本和工艺兼容性好等优势,所以Si基GaN具有很高的研究价值和商业价值.GaN材料的晶体质量决定着GaN基器件的性能,但Si基GaN的晶体质量较差,为此研究人员提出了多种方法来提高GaN的晶体质量,但都存在工艺复杂或成本高昂等问题.因此,本研究提出一种工艺简单且成本低的诱导成核技术来获取高质量的Si基GaN材料.对Si衬底完成相同剂量的N离子注入后进行不同时间的快速热退火处理,使用金属有机化学气相沉积法进行外延生长.结果表明,退火时间为6 min的样品具有最好的晶体质量,表面形貌和光学性能,与对照样品相比,螺位错密度降低14.7%,刃位错密度降低34.4%,总位错密度降低26.1%,并且提高了AlGaN/GaN异质结界面处的二维电子气面密度和电子迁移率,提高了AlGaN/GaN异质结的电学性能. 展开更多
关键词 氮化镓 诱导成核 快速热退火 金属有机化学气相沉积 位错密度 光学性能 电学性能
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基于MOCVD的β-Ga_(2)O_(3)同质外延与Al掺异质结外延生长研究进展
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作者 刘洋 何云龙 +4 位作者 陈谷然 陆小力 郑雪峰 马晓华 郝跃 《固体电子学研究与进展》 2025年第1期1-15,共15页
β-Ga_(2)O_(3)是一种具有超宽带隙、高临界击穿场强和优异的巴利加优值的半导体材料,近年来在电力电子与深紫外光电探测等领域展现出巨大的应用潜力。金属有机化学气相沉积(Metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)技术凭借其... β-Ga_(2)O_(3)是一种具有超宽带隙、高临界击穿场强和优异的巴利加优值的半导体材料,近年来在电力电子与深紫外光电探测等领域展现出巨大的应用潜力。金属有机化学气相沉积(Metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)技术凭借其高生长速率、精确的膜厚控制、优异的薄膜质量和大尺寸生长等优势,成为未来β-Ga_(2)O_(3)走向产业化的潜在方法,并已被广泛应用于β-Ga_(2)O_(3)的外延生长研究。本文对几种常见晶向的β-Ga_(2)O_(3) MOCVD同质外延生长的研究成果进行了概述,并在此基础上介绍了极具潜力的β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)的MOCVD外延生长研究现状。最后,总结了基于MOCVD技术的β-Ga_(2)O_(3)同质外延生长以及β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)生长过程中面临的主要问题,并对未来的发展进行了展望。 展开更多
关键词 β-Ga_(2)O_(3) 金属有机化学气相沉积 同质外延 β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)
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金刚石二维电导和场效应管研究新进展
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作者 张金风 张进成 +2 位作者 任泽阳 苏凯 郝跃 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2151-2160,共10页
金刚石表面沟道场效应管以氢终端金刚石表面的二维空穴气2DHG(Two-Dimensional Hole Gas)作为沟道实现输入电压对输出电流的控制,是目前金刚石电子器件的主流结构.该2DHG面电导具有可大范围调控的面电荷密度和较高空穴饱和漂移速度.本... 金刚石表面沟道场效应管以氢终端金刚石表面的二维空穴气2DHG(Two-Dimensional Hole Gas)作为沟道实现输入电压对输出电流的控制,是目前金刚石电子器件的主流结构.该2DHG面电导具有可大范围调控的面电荷密度和较高空穴饱和漂移速度.本文回顾了金刚石场效应管器件在直流、频率和功率特性的研究进展,揭示了低迁移率是制约金刚石低功耗高速数字电路、高频器件和高功率微波器件发展的主要因素.从理论和实验总结了金刚石表面电导出现的类调制掺杂的新掺杂机理,尤其实现了室温下2DHG霍尔迁移率提升到680 cm^(2)/Vs,材料方阻从10 kΩ/sq数量级降低到1.4 kΩ/sq电导性能的突破.相信这将会引起金刚石场效应管性能极大提升和器件的快速发展. 展开更多
关键词 金刚石 氢终端 场效应管 二维空穴气
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2.5 MHz谐振频率GaN基LLC谐振变换器设计
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作者 张润玉 何云龙 +4 位作者 郑雪峰 张俊杰 周翔 马晓华 郝跃 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1-8,共8页
直流-直流变换器是航天二次电源的核心部件之一,体积小、重量轻、高功率的变换器是航天电源未来发展的趋势。提高变换器开关频率是缩减整机体积与重量、提升变换器性能的重要手段,所以,“高频化”是未来直流-直流变换器的重要发展趋势... 直流-直流变换器是航天二次电源的核心部件之一,体积小、重量轻、高功率的变换器是航天电源未来发展的趋势。提高变换器开关频率是缩减整机体积与重量、提升变换器性能的重要手段,所以,“高频化”是未来直流-直流变换器的重要发展趋势。使用GaN高电子迁移率晶体管作为开关器件,研究了在电路实现软开关的情况下,特定GaN器件对LLC谐振变换器可实现的最大工作频率的影响。研究发现,在保持软开关特性的情况下,GaN器件的输出电容越小,作为LLC谐振变换器的开关器件时可以使变换器实现的最高频率越大,但是GaN器件本身的损耗也会随之增加。针对损耗与高频的折衷关系,建立了精确的GaN器件损耗模型,为效率最优方案提供参考。并针对270 V输入、28 V输出、200 W额定功率的GaN基LLC谐振变换器做出了详细分析,通过使用GaN器件实现了2.5 MHz的高频变换器,整机功重比达到3.1 kW/kg,转换效率峰值为92.8%。原理样机验证了该设计方法可以实现更高频的LLC变换器,为未来制作高频变换器提供了设计参考。 展开更多
关键词 GAN 谐振变换器 高谐振频率
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金刚石SBD及RF-DC电路应用研究
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作者 马源辰 任泽阳 +5 位作者 李逸江 张金风 许琦辉 苏凯 张进成 郝跃 《固体电子学研究与进展》 2024年第6期547-551,共5页
采用微波等离子体化学气相沉积设备对单晶金刚石衬底进行氢等离子体处理,形成氢终端金刚石表面空穴电导,制备氢终端肖特基二极管。二极管采用金作为阴极金属,铝作为肖特基金属。接着通过金线键合技术制备了RF-DC电路。二极管表现出良好... 采用微波等离子体化学气相沉积设备对单晶金刚石衬底进行氢等离子体处理,形成氢终端金刚石表面空穴电导,制备氢终端肖特基二极管。二极管采用金作为阴极金属,铝作为肖特基金属。接着通过金线键合技术制备了RF-DC电路。二极管表现出良好的整流特性,在正向电压为-5 V时,电流大小为1.13 mA。RF-DC电路采用了双金刚石肖特基二极管,确保信号输入的全周期都能保持工作。在10 MHz频段下,成功将射频电压信号由7 V的交流电转变成平均电压为1.97 V的直流电,转换效率为13.3%,与仿真结果一致。实验结果表明了金刚石肖特基二极管应用于RF-DC电路的可行性。 展开更多
关键词 氢终端金刚石 肖特基二极管(SBD) RF-DC电路 整流特性
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