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功能材料与器件学报 2024年第3期30卷 134-139页

作者：应文静李铁王跃林中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海200050 中国科学院大学北京100049 绍兴文理学院浙江绍兴312000

对于金属-氧化物-半导体(MOS)结构而言,栅极电压的改变可以引起硅表面电势的改变,从而引起电导的改变,该原理在场效应管中得到充分的研究与应用,而本文则首次探讨其在平面电子管领域的应用场景。本文通过对流过硅的电流进行测试,分析栅... 详细信息

对于金属-氧化物-半导体(MOS)结构而言,栅极电压的改变可以引起硅表面电势的改变,从而引起电导的改变,该原理在场效应管中得到充分的研究与应用,而本文则首次探讨其在平面电子管领域的应用场景。本文通过对流过硅的电流进行测试,分析栅极电压变化对不同厚度和载流子浓度的硅表面电势产生的影响,验证了硅在空气表面的电子积累与耗尽现象。实验结果表明,对于不同硅中载流子浓度和厚度的器件,相同的栅极电压变化将引起不同程度的硅表面电导变化。栅极引起的硅发射电流变化也证明了栅极对于硅表面电势的调控能力。就平面电子管而言,电子从阴极表面逸出被阳极捕获形成发射电流。因此,硅表面电势的改变可以引起场发射特性的改变,从而引起发射电流的改变,使以背栅电压调控阴极硅表面电势为栅极调控原理的平面电子三极管成为可能。

关键词：表面电势栅极调控平面电子管场发射

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基于SOI场效应管控制的背栅极碳纳米管场发射结构研究

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电子器件 2014年第4期37卷 597-600页

作者：丁沭沂雷威南京师范大学泰州学院信息工程学院江苏泰州225300 东南大学电子科学与工程学院江苏省信息显示工程技术研究中心南京210096

针对目前碳纳米管场发射电子源存在的问题,以提高碳纳米管场发射阵列的大电流发射能力、电流均匀性和稳定性以及电流调制灵敏度为目标,基于绝缘硅(SOI)技术,提出并制备出一种独立场效应管控制的碳纳米管场发射阵列三极结构,并通过理论... 详细信息

针对目前碳纳米管场发射电子源存在的问题,以提高碳纳米管场发射阵列的大电流发射能力、电流均匀性和稳定性以及电流调制灵敏度为目标,基于绝缘硅(SOI)技术,提出并制备出一种独立场效应管控制的碳纳米管场发射阵列三极结构,并通过理论分析和实验验证等手段,发现其具有良好的栅极调制效果、优良的发射均匀性和稳定性。

关键词：场效应管碳纳米管阵列场发射栅极调控

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纳米空气沟道三极管及其特性研究

纳米空气沟道三极管及其特性研究

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作者：赵键澎电子科技大学

学位级别：硕士

随着集成电路的不断发展,载流子在固态介质中的散射问题限制了固态器件的频率。伴随着量子效应、热效应等诸多限制,固态器件的特征尺寸已逼近其物理与成本极限。相比之下,真空是载流子输运的完美介质,真空电子器件具备高频率、抗高温、... 详细信息

随着集成电路的不断发展,载流子在固态介质中的散射问题限制了固态器件的频率。伴随着量子效应、热效应等诸多限制,固态器件的特征尺寸已逼近其物理与成本极限。相比之下,真空是载流子输运的完美介质,真空电子器件具备高频率、抗高温、耐辐照等优点,但严格的真空环境限制了其应用领域,高昂的成本、体积庞大、不易集成的问题使其在许多领域被半导体器件所取代。近年来,人们提出了纳米空气沟道器件这一新原理器件,将真空沟道尺寸利用微纳工艺技术缩小至小于电子在空气中的平均自由程(68nm),电子在空气中做无散射的弹道输运。此时器件无需真空封装,既具备传统真空器件弹道输运的优势,又结合了固态器件小型化的特点,引发了国内外的广泛关注。但目前仍然缺乏对纳米空气沟道三极管工作机制的系统研究,同时国内外相关制备成果相对较少,这些问题需要进一步深入研究和解决。本文首先阐述了纳米空气沟道器件的内涵,就水平、垂直两种类型及不同栅结构的纳米空气沟道器件国内外研究进展做了介绍,并介绍了论文的研究目的和主要内容;其次,本文研究了纳米空气沟道三极管的工作机制,阐述了纳米空气沟道三极管的基础理论,详细解释了纳米空气沟道三极管中栅极不同的栅控原理。基于此,本文设计了垂直型与“平面-垂直结合型”两种类型的纳米空气沟道三极管,解决了器件制备过程中对高精度图案化工艺的依赖问题,并且利用环栅结构,改善了平面-垂直结合结构器件的栅控能力。最后,对制备结果进行相关电学特性的测试分析。测试结果表明,垂直型纳米空气沟道三极管结构栅极参与电子发射的现象导致其出现负栅压调控的现象;平面-垂直结合结构三极管中栅极通过调控阴极发射电子的运输轨迹来实现栅控功能,环形栅极较大的栅控范围进一步优化了其静态特性,使得器件在2V阳极电压下具备100μA的电流,且开关比为2240。本文系统研究了纳米空气沟道三极管的运作机制,特别阐述了其不同的栅极运作机理,为纳米空气沟道三极管的设计提供了理论支持。同时,在不依赖高精度图案化加工工艺的条件下,本文成功制备了性能相对优异的纳米空气沟道三极管,对于器件的制备和设计具有一定的参考价值。

关键词：纳米空气沟道三极管场发射栅极调控环栅结构

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新型GaN发光三极管器件结构设计与光电性能研究

新型GaN发光三极管器件结构设计与光电性能研究

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作者：陈晶晶福州大学

学位级别：硕士

GaN基Micro-LED具有高效率、高亮度、低功耗、长寿命、高响应速度、易于微型化和集成化、显示应用场合广泛等诸多独特优势,被认为是最有潜力的未来显示技术之一。针对Micro-LED显示存在的与驱动电路集成复杂、发光强度不易调控以及与驱... 详细信息

GaN基Micro-LED具有高效率、高亮度、低功耗、长寿命、高响应速度、易于微型化和集成化、显示应用场合广泛等诸多独特优势,被认为是最有潜力的未来显示技术之一。针对Micro-LED显示存在的与驱动电路集成复杂、发光强度不易调控以及与驱动芯片的精准对位键合难等诸多科学技术难题,本论文基于相同的GaN材料和工艺体系,提出一种LED和GaN双极性结型晶体管(BJT)的单片同质集成新思路,构筑集发光、开关和光强调控等多功能一体,且可以利用小功率信号放大对发光进行控制的新型发光三极管(LET),采用有限元方法对LET器件结构和光电特性进行仿真和优化。主要研究内容和结果如下:(1)LET器件结构设计与模型构建。为简化器件结构和工艺,提高发光开口率和效率,提出一种“LED on BJT”的单片垂直集成LET结构,采用有限元仿真软件对LET器件进行模型构建与仿真。结果表明,所构建的垂直集成LET器件模型可以实现通过改变基区电压来控制有源区的电子数量,从而调控器件的发光强度,符合预期的器件功能设计思路。随着阳极电压V＿P从4V到8V增加,器件工作在放大状态的基区电压范围增大,但器件的漏电流也增大,影响其关断状态。当V＿P为6V时,与LED相比,LET可以采用更低的微安级别输入电流对发光进行调控。(2)LET器件结构和光电性能优化。为了获得更好的开关特性和电流输运特性,阐明LET的栅极调控机制,对LET器件的整体结构进行优化,重点研究基区厚度、发射区掺杂浓度、基区掺杂浓度等参数对LET光电性能的影响。结果表明,基区厚度越小,LET电流增益越大,但漏电流也越大;发射区掺杂浓度和基区掺杂浓度一定程度影响LET器件的光电性能。当基区厚度为200nm,发射区掺杂浓度为5E19[1/cm^3]时,基区掺杂浓度为8E16[1/cm^3],电流增益可达到496,此时IQE为26%。进一步验证了LET可以采用小功率信号(基极电流I＿B),通过控制阳极电流(I＿P),实现对器件的开关和发光强度控制。(3)LET器件制备和性能研究。针对LET复杂的外延和器件结构,重点研究GaN的可控外延生长和器件制备工艺。实验结果表明,通过温度匹配层、应力缓冲层和多量子阱牺牲层等技术可以降低由生长温度差异和应力差异,抑制外延缺陷。当阳极电压为9V时,LET成功点亮,并具有明显的栅极调控。

关键词：发光三极管氮化镓栅极调控电流增益集成器件

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碳化硅MOSFET并联主动均流的研究

碳化硅MOSFET并联主动均流的研究

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作者：张永刚天津工业大学

学位级别：硕士

全球工业化水平逐步提高,传统电力电子器件受限于材料的自身因素,难以满足日益提升的要求。而以碳化硅为代表的宽禁带材料和碳化硅（SiC）MOSFET为代表的宽禁带半导体器件受到了科研人员的关注。在SiC MOSFET生产和使用过程中,由于碳化... 详细信息

全球工业化水平逐步提高,传统电力电子器件受限于材料的自身因素,难以满足日益提升的要求。而以碳化硅为代表的宽禁带材料和碳化硅（SiC）MOSFET为代表的宽禁带半导体器件受到了科研人员的关注。在SiC MOSFET生产和使用过程中,由于碳化硅晶圆尺寸偏小,生长速度缓慢,产能不足,价格偏高等诸多因素的限制,制约了其更大规模的发展与应用。而将低电流等级的SiC MOSFET进行并联使用可以缓解高电流等级芯片产能不足、使用成本偏高的问题,有效提升系统功率密度。因此解决并联使用过程中电流不均衡的问题就成为了当务之急。本文针对可能导致电流不均衡的因素逐一进行分析,并结合仿真结果提出了一种基于磁芯电感联合栅极驱动回路主动调控的均流方法,用以抑制电流不均衡现象的发生。本文主要内容如下:1.对SiC MOSFET的器件特性和开关过程的影响因素进行研究。以CREE公司生产的商用SiC MOSFET为研究对象,结合数据手册中所提供的基础参数,进行了包括器件选型,输出特性,转移特性等动静态特性的分析以及开关过程和开关过程影响因素的分析。同时利用Cadence旗下的PSpice软件,基于双脉冲测试回路,以其官网提供的spice模型为对象,针对寄生参数对开关过程的影响进行了仿真,通过实物实验的方式验证仿真结果的准确,为SiC MOSFET的使用和选型提供了一定的技术指导。2.基于双脉冲测试回路,并联新的支路,形成并联测试回路,对可能导致电流不均衡现象发生的因素,逐一进行分析。分析因素包括并联使用过程中SiC MOSFET自身寄生参数的差异性、驱动电压、驱动电阻的大小以及功率回路中其余可能影响并联电流不均衡的因素。通过分析得到不同因素对电流不均衡程度的影响的结果,证明采取电流均衡措施的必要性。3.针对导致电流不均衡现象,提出了一种磁芯电感联合栅极驱动回路主动调控电流均衡的方式。对磁芯电感的工作原理进行了分析和,同时选定了合适的磁芯材质。在多芯片并联使用的场景下,总结出适用的公式。磁芯电感均流方式将电流不均衡度降低了超过5%。同时又提出的栅极驱动回路主动调控的方法,将二者联合使用,进一步将电流不均衡度降低了2%-4.2%。最后通过实验验证的方式,证明两种电流均衡方式的可行性。

关键词： SiC MOSFET 电流不均衡影响因素磁芯电感栅极调控

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