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储能聚合物复合方式的研究进展

功能材料 2023年第9期54卷 9070-9079,9099页

作者：任森庞利霞周迪郭艳王晓龙方振袁世豪西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室西安710021 西安交通大学电信学部电子科学与工程学院电子陶瓷与器件教育部重点实验室西安710049

新能源动力、医疗仪器、地下勘探、高功率脉冲等行业的高速发展对介质电容器的要求越来越高。聚合物基薄膜电容器的高功率密度、高击穿场强、高可靠性、低损耗、小体积等优点备受关注。但由于聚合物本身低介电常数的特点导致了其能量密... 详细信息

新能源动力、医疗仪器、地下勘探、高功率脉冲等行业的高速发展对介质电容器的要求越来越高。聚合物基薄膜电容器的高功率密度、高击穿场强、高可靠性、低损耗、小体积等优点备受关注。但由于聚合物本身低介电常数的特点导致了其能量密度较低,限制了其在高端领域的应用。而聚合物通过不同方式与其他有机或无机物的复合都是提升能量密度的有效途径。介绍了聚合物基薄膜电容器与无机物的复合方式研究现状,分析了不同复合方式的优势与不足,并讨论了未来聚合物基薄膜电容器的发展前景。

关键词：聚合物基复合材料无机纳米填料核壳结构共混层状结构击穿电压储能密度

兼具高电流增益和高击穿性能的电荷等离子体双极晶体管

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北京工业大学学报 2023年第11期49卷 1141-1149页

作者：金冬月贾晓雪张万荣那伟聪曹路明潘永安刘圆圆范广祥北京工业大学信息学部北京100124

为了兼顾高电流增益β和发射极开路集电结的高击穿电压V_(CBO)与基极开路集电极-发射极间的高击穿电压V_(CEO),有效提升电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor,BCPT)的高压大电流处理能力,利用SILVACO TCAD建立了npn... 详细信息

为了兼顾高电流增益β和发射极开路集电结的高击穿电压V_(CBO)与基极开路集电极-发射极间的高击穿电压V_(CEO),有效提升电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor,BCPT)的高压大电流处理能力,利用SILVACO TCAD建立了npn型BCPT的器件模型。考虑到双极晶体管的击穿电压主要取决于集电区掺杂浓度,首先研究了集电极金属对BCPT性能的影响。分析表明,BCPT集电区的电子浓度强烈依赖于电极金属的功函数,当采用功函数较大的铝(Al)作为集电极金属时,由于减小了金属-半导体接触的功函数差,降低了集电区中诱导产生的电子等离子体浓度,从而有效降低了集电结空间电荷区峰值电场强度,减小了峰值电子温度以及峰值电子碰撞电离率,因此,达到改善击穿电压V_(CBO)和V_(CEO)的目的。然而,集电区电子浓度的减小会引起基区Kirk效应,增大基区复合,降低β。为此,进一步提出了一种采用衬底偏压结构的BCPT,通过在发射区和基区下方引入正衬底偏压,调制发射区和基区有效载流子浓度,达到提高发射结注入效率、增大β的目的。结果表明:与仅采用锆(Zr)作为集电极金属的BCPT相比,该器件的峰值电流增益改善了21.69%,击穿电压V_(CBO)和V_(CEO)分别改善了12.78%和56.41%,从而有效扩展了BCPT的高功率应用范围。

关键词：电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor,BCPT) 金属-半导体接触的功函数差正衬底偏压结构发射结注入效率电流增益击穿电压

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诱导触发型气体间隙开关快速绝缘恢复特性

电力工程技术 2024年第2期43卷 163-169页

作者：董冰冰陶磊李康陈子建合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽合肥230009

气体间隙开关动作迅速、结构简单,在电力系统中应用前景良好,但对其绝缘恢复特性研究尚少。为此,文中采用双脉冲法研究开关间隙距离、触发介质气压及其种类对气体开关绝缘恢复特性的影响规律。结果表明:诱导触发型气体间隙开关绝缘恢复... 详细信息

气体间隙开关动作迅速、结构简单,在电力系统中应用前景良好,但对其绝缘恢复特性研究尚少。为此,文中采用双脉冲法研究开关间隙距离、触发介质气压及其种类对气体开关绝缘恢复特性的影响规律。结果表明:诱导触发型气体间隙开关绝缘恢复经历过渡期、快速恢复期和饱和期3个阶段,饱和期的持续时间远大于前两阶段之和,且在快速恢复期无“平台现象”出现。减小开关间隙距离,气体开关绝缘恢复速率渐进增大,其绝缘基本恢复时间(绝缘恢复系数R_(U)>90%)可降低50%。触发介质气压对气体开关绝缘恢复特性影响显著,对绝缘恢复过程的影响特性存在差异。增大触发介质气压会减缓气体开关的绝缘恢复过程,0.1~0.3 MPa压缩干燥空气中,气体间隙开关绝缘基本恢复时间对应为11~40 ms。强电负性SF_(6)对气体开关绝缘恢复具有明显增强作用,其绝缘恢复速率接近于空气中的4倍。研究结果可为气体间隙开关快速绝缘恢复技术提供理论指导。

关键词：气体间隙开关诱导击穿双脉冲法绝缘恢复特性击穿电压强电负性SF_(6)

高气压氦气平行极板击穿电压及场致发射的影响

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物理学报 2021年第13期70卷 222-231页

作者：杨初平耿屹楠王捷刘兴南时振刚清华大学核能与新能源技术研究院先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

本文建立了高气压下的氦气放电模型,通过与试验对比,验证了模型的有效性,并利用该模型对高气压下“场致发射”的影响进行了探讨.通过Fowler-Nordheim方程将电流密度转化为电子通量,并将电子通量添加到COMSOL相应的壁边界条件中进行仿真... 详细信息

本文建立了高气压下的氦气放电模型,通过与试验对比,验证了模型的有效性,并利用该模型对高气压下“场致发射”的影响进行了探讨.通过Fowler-Nordheim方程将电流密度转化为电子通量,并将电子通量添加到COMSOL相应的壁边界条件中进行仿真,在宏观层面(击穿电压)以及微观层面(空间电子密度)进行分析.研究发现,场致发射电流密度J由电场强度E、场增强因子以及金属逸出功W共同决定;β=300时场致发射的影响可以忽略,而对于β=400、电场强度10 MV/m以上的工况,场致发射对击穿的影响较大;对于以铜为平行平板电极的氦气击穿来说,电场强度E小于8 MV/m时可以忽视场致发射的作用;在微观层面上,场致发射能够给放电空间提供新的“种子电子”,进而提升整个空间的电子密度,使得粒子碰撞反应加剧,最终导致击穿.

关键词：场致发射氦气高气压击穿电压

衬底浮空的新型绝缘体上硅基横向功率器件分析

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物理学报 2021年第14期70卷 326-333页

作者：唐春萍段宝兴宋坤王彦东杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071 西安微电子技术研究所西安710071

针对有机半导体领域的发展要求,报道了一种能够应用于有机半导体领域衬底浮空的新型SOI LDMOS(silicon on insulator lateral double-diffused metal oxide semiconductor)功率器件,不同于传统无机半导体中SOI LDMOS功率器件,该新型器... 详细信息

针对有机半导体领域的发展要求,报道了一种能够应用于有机半导体领域衬底浮空的新型SOI LDMOS(silicon on insulator lateral double-diffused metal oxide semiconductor)功率器件,不同于传统无机半导体中SOI LDMOS功率器件,该新型器件可以与绝缘的柔性衬底结合应用于有机半导体领域,这给有机半导体领域的研究方向提供了新的可能.本文通过仿真和流片实验共同验证了当常规SOI LDMOS缺失衬底电极后,比导通电阻和阈值电压均无明显变化,但击穿电压会因为缺失衬底电极和纵向电场而下降15%左右.针对该现象提出了一个具有表面衬底电极和漂移区氧化槽的新型SOI LDMOS功率器件,该新型器件能够重新给衬底提供电极、优化横纵向电场、不明显改变比导通电阻与阈值电压,同时将常规SOI LDMOS的击穿电压提高57.54%,缓解了应用于有机半导体领域带来的不良影响.为传统功率半导体应用于有机半导体领域的研究提供了可能,对于有机半导体研究领域的拓展具有创新意义.

关键词：绝缘体上硅基衬底电极击穿电压氧化槽

SOI基横向SiGe HBT高频功率性能改善技术

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北京工业大学学报 2022年第12期48卷 1280-1288页

作者：金冬月吴玲张万荣那伟聪杨绍萌贾晓雪刘圆圆杨滢齐北京工业大学信息学部北京100124

为了在高频下兼顾电流增益β和击穿电压V_(CBO)、V_(CEO)的同步改善,从而有效提升器件的高频功率性能,利用SILVACO TCAD建立了npn型绝缘层上硅(silicon-on-insulator,SOI)基横向硅锗(SiGe)异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistor,HBT)的器件模型.研究结果表明:通过基区Ge的摩尔分数的梯形分布设计,可在基区引入电子加速场,并减小有效基区宽度,一方面有利于缩短基区渡越时间,提高器件的特征频率f_(T);另一方面也有利于降低电子在基区的复合,提高基区输运系数,从而增大β.然而,在基区Ge的物质的量一定的情况下,随着Ge的摩尔分数的梯形拐点位置向集电结一侧不断靠近,集电结一侧对应的Ge的摩尔分数也将随之增加,此时,器件的集电极电流处理能力将显著下降,因此,需对摩尔分数值进行优化.同时,通过在衬底施加正偏压的衬底偏压结构设计,可在埋氧层上方形成电子积累层,提高发射结注入效率,从而增大β,但会退化击穿特性.进一步通过优化衬底偏压结构,设计出了兼具复合衬底偏压结构和基区Ge的摩尔分数的梯形分布设计的SOI基横向SiGe HBT.结果表明,与常规器件相比,新器件在保持峰值特征频率f_(Tm)=306.88 GHz的情况下,峰值电流增益βm提高了84.8,V_(CBO)和V_(CEO)分别改善了41.3%和21.2%.

关键词： SOI基横向SiGe HBT Ge的摩尔分数的梯形分布衬底偏压结构电流增益特征频率击穿电压

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脉冲叠加直流激励辉光放电特性

上海理工大学学报 2022年第5期44卷 473-476,489页

作者：姜松丁起行饶俊峰王永刚上海理工大学机械工程学院上海200093

辉光放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景,日益成为研究热点。本文提出了一种采用脉冲叠加直流的方式来激励辉光放电的实验装置。选取氩气作为反应气体,本实验在低气压下进行,利用参数可调的高频脉冲电源和直流电源进行激励。研... 详细信息

辉光放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景,日益成为研究热点。本文提出了一种采用脉冲叠加直流的方式来激励辉光放电的实验装置。选取氩气作为反应气体,本实验在低气压下进行,利用参数可调的高频脉冲电源和直流电源进行激励。研究了不同激励方式下击穿电压和电流的变化规律。实验发现:直流辉光放电击穿电压最低,约为380 V,但是在放电过程中放电管发热比较严重;脉冲辉光放电所需击穿电压为450~600 V,但其存在反复击穿;而脉冲叠加直流激励辉光放电则降低了脉冲击穿电压,最低约为400 V,且改善了放电管发热严重的问题。

关键词：高频脉冲电源直流电源辉光放电击穿电压放电电流

芳纶/玄武岩纤维复合绝缘纸的制备及性能研究

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中国造纸 2022年第2期41卷 38-44页

作者：王淼林李俊谢益民李新辉冯清华湖北工业大学制浆造纸工程研究所湖北武汉430068 湖北平安电工材料有限公司湖北咸宁437400

以芳纶纤维和玄武岩纤维为原料,通过造纸湿法抄造制备复合绝缘纸,系统地研究了复合绝缘纸的力学性能、绝缘性能、热稳定性、胶液渗透性等。结果表明,复合绝缘纸的击穿电压在玄武岩纤维含量低于50%时基本保持不变;玄武岩纤维含量越高,复... 详细信息

以芳纶纤维和玄武岩纤维为原料,通过造纸湿法抄造制备复合绝缘纸,系统地研究了复合绝缘纸的力学性能、绝缘性能、热稳定性、胶液渗透性等。结果表明,复合绝缘纸的击穿电压在玄武岩纤维含量低于50%时基本保持不变;玄武岩纤维含量越高,复合绝缘纸的热稳定性、胶液渗透性越好;当玄武岩纤维含量50%时,复合绝缘纸的抗拉强度达1.67 MPa。

关键词：芳纶纤维玄武岩纤维力学性能击穿电压胶液渗透性

10 kV P沟道SiC IGBT终端结构优化设计与实现

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电源学报 2023年第1期21卷 202-207页

作者：冯旺刘新宇田晓丽杨雨郑昌伟杨成樾中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学微电子学院北京100049 株洲中车时代半导体有限公司株洲412001

提出采用五区多重场限环FRM-FLRs(five-region multistep field limiting rings)终端设计并流片,研制10 kV P沟道碳化硅绝缘栅双极晶体管SiC IGBT(silicon carbide insulated gate bipolar transistor)终端。通过Silvaco TCAD软件仿真,对比研究传统等间距场限环ES-FLRs(equally spaced field limiting rings)终端和五区多重场限环终端对器件击穿特性的影响。仿真结果表明,五区多重场限环终端具有更均衡的近表面电场分布,减缓电场集中,优化空间电荷区横向扩展,且击穿电压可达到14.5 kV,而等间距场限环终端击穿电压仅为7.5 kV。同时,分别对五区多重场限环终端,以及采用此终端结构的P沟道SiC IGBT进行流片验证。测试结果表明,五区多重场限环终端可以实现12.2 kV的击穿电压;P沟道SiC IGBT的击穿电压达到10 kV时,漏电流小于300 nA,并且栅源电压为-20 V,集电极正向电流为-10 A时,器件的正向导通压降为-8 V。

关键词：碳化硅绝缘栅双极晶体管五区多重场限环击穿电压