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沟槽栅IGBT制备中的翘曲控制

半导体技术 2025年

作者：夏碧波蔡乐张鸿鑫魏宏杰彭新华谭灿健株洲中车时代半导体有限公司

沟槽栅IGBT是提高功率器件功率密度和性能的主流发展方向。但随着芯片精细化程度的提升，制备过程产生的晶圆翘曲更大，更容易影响其工艺过程和工艺效果，因此芯片制备过程中的翘曲控制成为了新的关注点。系统分析了沟槽栅IGBT制备流程... 详细信息

沟槽栅IGBT是提高功率器件功率密度和性能的主流发展方向。但随着芯片精细化程度的提升，制备过程产生的晶圆翘曲更大，更容易影响其工艺过程和工艺效果，因此芯片制备过程中的翘曲控制成为了新的关注点。系统分析了沟槽栅IGBT制备流程中翘曲的产生原因，从单项工艺制备条件、新型多晶硅/氧化层厚度的沟槽结构和背面膜层的去除站点流程三个方面提出了优化方案。通过整合各种优化方法，IGBT晶圆的翘曲从±120 μm降低至±70 μm以内，大幅度优化了晶圆翘曲并减少了流片过程中的异常。

关键词： IGBT 翘曲控制工艺优化多晶硅铝金属

电网用5 500 A/8 000 V逆阻型IGCT研制

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半导体技术 2025年

作者：陈芳林方佳仪陈勇民曹强邹平孙永伟操国宏株洲中车时代半导体有限公司

针对现有电网换相换流阀（LCC）技术中的换相失败问题，提出了基于逆阻型集成门极换流晶闸管（IGCT）主动关断能力的混合换相换流阀（HCC）技术，其中高容量的逆阻型IGCT至关重要。为提升器件的耐压、关断和通流能力，采用独立终端结构... 详细信息

针对现有电网换相换流阀（LCC）技术中的换相失败问题，提出了基于逆阻型集成门极换流晶闸管（IGCT）主动关断能力的混合换相换流阀（HCC）技术，其中高容量的逆阻型IGCT至关重要。为提升器件的耐压、关断和通流能力，采用独立终端结构和有源区p+基区掺杂，创新边缘门极结构，研制出了5 500 A/8 000 V逆阻型IGCT。该器件具备8 000 V的额定电压和5 500 A的额定电流关断能力，通态平均电流最高可达3 290 A，已通过型式试验和混合换相换流阀运行验证。该器件将应用于高压直流（HVDC）输电换流阀，致力于解决换相失败问题，提升智能电网的稳定性和可靠性。

关键词：集成门极换流晶闸管(IGCT) 逆阻型终端结构设计混合换相换流阀(HCC)

ZnO薄膜发光器件的电抽运随机激射：随机性的抑制

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物理学报 2025年

作者：纪然蒋书明夏程涛杨德仁马向阳浙江大学硅及先进半导体材料国家重点实验室上虞半导体材料研究中心

通过以大晶粒水热ZnO薄膜作为发光层并加以恰当图案化处理的策略，显著抑制了基于ZnO薄膜的金属-绝缘体-半导体（MIS）结构发光器件的电抽运随机激射的随机性。采用激光直写光刻工艺，先将硅衬底上的晶粒大小超过500 nm的水热ZnO薄膜图... 详细信息

通过以大晶粒水热ZnO薄膜作为发光层并加以恰当图案化处理的策略，显著抑制了基于ZnO薄膜的金属-绝缘体-半导体（MIS）结构发光器件的电抽运随机激射的随机性。采用激光直写光刻工艺，先将硅衬底上的晶粒大小超过500 nm的水热ZnO薄膜图案化为大量的“小方块”（称为“Block”）和“街道”（称为“Street”），然后制备基于上述图案化ZnO薄膜的MIS结构(Au/SiO2/ZnO)发光器件（light-emitting device，以下简称LED）。研究表明：在相同的注入电流下，基于图案化ZnO薄膜的发光器件比基于未图案化ZnO薄膜的发光器件具有更少的随机激射模式；且前者随Block边长的减小而具更少的激射模式，同时其最强激射模式的波长在更窄的范围内波动。值得指出的是：在适当的条件（小注入电流和小Block边长）下，基于图案化水热ZnO薄膜的发光器件还可产生单模随机激射。此外，对比研究还表明：基于大晶粒水热ZnO薄膜的LED会比基于小晶粒溅射ZnO薄膜的LED具有更小的激射阈值电流，且在同样的注入电流下具有更少的激射模式和更高的激射光功率。关于上述结果背后的物理机制，分析指出：对基于图案化ZnO薄膜的发光器件而言，一方面由于单个Block内ZnO薄膜中的晶粒和晶界数量有限，光多重散射被严重削弱，那些能够通过光多重散射获得净光增益而产生随机激射的路径与ZnO薄膜未经图案化处理的情形相比要少得多。另外一方面，由于单个Block空间有限，不同激射模式之间的增益竞争使得空间上重叠较大的激射模式不能同时存在。由于上述两方面的原因，随着Block边长的减小，发光器件随机激射的模式会变得更少。此外，Block之间的光学耦合效应会加剧单个Block内部激射模式之间的增益竞争，从而进一步减少发光器件的随机激射模式。

关键词：水热ZnO薄膜发光器件随机激射图案化随机性的抑制

n^(+)/n^(-)型硅衬底扩散片X_(jn+)理论分析与测试方法优化

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半导体技术 2025年第1期50卷 39-45页

作者：张现磊李立谦周涛张志林洛阳鸿泰半导体有限公司河南洛阳471000

n型衬底扩散片扩散深度(X_(jn+))是n^(+)/n^(-)型硅衬底扩散片最重要的参数之一,X_(jn+)的理论计算对磷扩散生产和X_(jn+)测试具有重要的指导意义。但现有扩散理论计算结果与实验数据差异较大,需更精准的计算方法。通过实验对X_(jn+)的... 详细信息

n型衬底扩散片扩散深度(X_(jn+))是n^(+)/n^(-)型硅衬底扩散片最重要的参数之一,X_(jn+)的理论计算对磷扩散生产和X_(jn+)测试具有重要的指导意义。但现有扩散理论计算结果与实验数据差异较大,需更精准的计算方法。通过实验对X_(jn+)的测试与理论计算结果进行对比分析,引入了修正系数k_(n)与k_(p),得到理论计算与测试结果吻合的X_(jn+)计算方法。并根据修正后的计算方法对染色法测试X_(jn+)进行了优化。新的X_(jn+)计算方法得到的结果与测试结果差异小于2%,可用于指导生产,且优化后的X_(jn+)测试方法更加便捷。

关键词：衬底扩散片扩散系数修正协同扩散 n型衬底扩散片扩散深度(X_(jn+))计算 X_(jn+)测试方法优化

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一种高精度的RC振荡器电路

半导体技术 2025年第1期50卷 71-76页

作者：张亮王静冯玉明广东齐芯半导体有限公司广东珠海519000

为了给微处理器芯片提供高精度的内部时钟,基于110 nm CMOS工艺设计了一种高精度电阻电容(RC)振荡器电路。通过在振荡器结构中引入充放电电流粗调电路、参考电压细调电路、温度系数调节电路,实现了对振荡器电路的工艺偏差、电压敏感度... 详细信息

为了给微处理器芯片提供高精度的内部时钟,基于110 nm CMOS工艺设计了一种高精度电阻电容(RC)振荡器电路。通过在振荡器结构中引入充放电电流粗调电路、参考电压细调电路、温度系数调节电路,实现了对振荡器电路的工艺偏差、电压敏感度、温度敏感度的有效补偿。细调电路提取与电压、工艺及温度都无关的比例系数作为频率调节因子;温度系数调节电路通过合理匹配使得常温下电阻不受档位变化的影响,改善温度系数的同时提高了档位调节过程中的频率稳定性。芯片实测结果显示,经过粗调、细调和温度系数调节三重校正后,振荡器典型输出频率为8 MHz,在-40~150℃的全温度范围内频率变化小于±0.5%,实现了对RC振荡器电路工艺偏差、电压敏感度、温度敏感度的补偿。

关键词：高精度电阻电容(RC)振荡器电压系数修调温度补偿 CMOS工艺

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垂直热壁CVD反应器中C/Si比对SiC高速同质外延生长的影响研究

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人工晶体学报 2025年

作者：陈丹莹闫龙罗稼昊郑振宇姜勇张凯周宁廖宸梓郭世平中微半导体设备(上海)股份有限公司

本文结合计算流体力学(CFD)模拟与实验,对垂直热壁晶圆高速旋转CVD设备中SiC的外延生长机制进行研究,探讨了晶圆表面C/Si比对外延生长速率及载流子掺杂浓度的影响。结果表明晶圆表面上方碳原子对硅原子的摩尔比(记为有效C/Si比)与气体... 详细信息

本文结合计算流体力学(CFD)模拟与实验,对垂直热壁晶圆高速旋转CVD设备中SiC的外延生长机制进行研究,探讨了晶圆表面C/Si比对外延生长速率及载流子掺杂浓度的影响。结果表明晶圆表面上方碳原子对硅原子的摩尔比(记为有效C/Si比)与气体进口处C/Si比存在偏差。这一差异主要来自于气相传输过程中反应组分的重新分布,以及反应前驱体在气体进口处和/或热壁上的寄生沉积。研究了有效C/Si比对生长速率和掺杂浓度的影响,结果表明,外延生长速率、载流子掺杂浓度及其均匀性主要受到表面C/Si比而非进口处C/Si比的影响。通过优化生长条件,实现了高质量的6英寸(1英寸=2.54 cm)外延片生长,其厚度和掺杂浓度均匀性分别为1.15%和2.68%。在此基础上,获得了同等质量的8英寸SiC外延层,并实现了超过50μm厚的SiC外延层快速生长。

关键词：碳化硅同质外延化学气相沉积 C/Si比 CFD模拟仿真

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HfO2基铁电材料准静态负电容机理

北京工业大学学报 2025年 269-276页

作者：尹志岗董昊程勇吴金良张志伟张兴旺中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室中国科学院大学材料与光电研究中心

HfO2基铁电薄膜的负电容现象提供了解决微纳电子器件功耗问题的可行策略,但其物理图像却一直饱受争议。基于Landau-Devonshire和Landau-Khalatnikov方程,对铁电HfO2/介质双层体系开展了理论模拟。结果表明:根植于零场吉布斯自由能及准... 详细信息

HfO2基铁电薄膜的负电容现象提供了解决微纳电子器件功耗问题的可行策略,但其物理图像却一直饱受争议。基于Landau-Devonshire和Landau-Khalatnikov方程,对铁电HfO2/介质双层体系开展了理论模拟。结果表明:根植于零场吉布斯自由能及准静态极化-电场曲线的准静态负电容理论,难以如实反映极化-电场动态演化轨迹。与准静态负电容理论的预言不同,HfO2/介质体系的负电容强烈依赖于介质层分压效应,具有瞬态属性。回滞现象与Landau-Khalatnikov方程中的阻尼系数相关,本质上起源于热耗散过程,基于电容匹配原理很难完全消除回滞。与阻尼系数相关的热耗散随频率增大而急剧增加,因此负电容场效应晶体管并不适用于高频应用领域。该研究有助于深入理解HfO2基体系中的负电容物理起源。

关键词：负电容极化-电压曲线回滞吉布斯自由能热耗散氧化铪基铁电材料

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基于自旋的智能器件与物理神经网络进展

科学通报 2025年

作者：刘祥语文辉雷坤兰修凯王开友中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室中国科学院大学材料科学与光电技术学院

在信息爆炸的时代,解决计算中不断升级的能源需求变得至关重要.传统的计算机系统面临性能限制,促使人们寻找新的计算范式.自旋电子器件以其非易失、速度快、高能效等特点,有望解决传统电子器件所面临的困境.本文从自旋人工电子突触、自... 详细信息

在信息爆炸的时代,解决计算中不断升级的能源需求变得至关重要.传统的计算机系统面临性能限制,促使人们寻找新的计算范式.自旋电子器件以其非易失、速度快、高能效等特点,有望解决传统电子器件所面临的困境.本文从自旋人工电子突触、自旋振荡器神经元、自旋人工神经网络和概率神经网络四个方面综述了基于自旋的智能器件和物理神经网络的最新研究进展.自旋电子器件的蓬勃发展及其在智能计算和信息存储等领域展现出的应用潜力有望激发新一轮的信息技术革命.

关键词：自旋电子器件物理神经网络自旋轨道矩存算一体神经形态计算

打造驱动第三代功率半导体转换器背后的IC生态系统

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电子产品世界 2022年第7期29卷 10-11页

作者：亚德诺半导体亚德诺半导体

大规模数据中心、企业服务器和5G电信基站、电动汽车充电站、新能源等基础设施的广泛部署使得功耗快速增长,因此高效AC/DC电源对于电信和数据通信基础设施的发展至关重要。近年来,以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)晶体管为代表的第三代功率... 详细信息

大规模数据中心、企业服务器和5G电信基站、电动汽车充电站、新能源等基础设施的广泛部署使得功耗快速增长,因此高效AC/DC电源对于电信和数据通信基础设施的发展至关重要。近年来,以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)晶体管为代表的第三代功率器件已成为能够取代硅基MOSFET的高性能开关,从而可提高能源转换效率和密度。新型和未来的SiC/GaN功率开关将会给方方面面带来巨大进步。

关键词：功率半导体 AC/DC电源电信基站数据通信基础设施功率器件功率开关企业服务器

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