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物理学报 2024年第15期73卷 179-186页

作者：段宝兴王佳森唐春萍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

通过引入n^(+)阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管(reverse-conducting lateral insulated gate bipolar transistor,RC-LIGBT)可以实现反向导通,并且优化器件的关断特性,是功率集成电路中一个有竞争力的器件.本文... 详细信息

通过引入n^(+)阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管(reverse-conducting lateral insulated gate bipolar transistor,RC-LIGBT)可以实现反向导通,并且优化器件的关断特性,是功率集成电路中一个有竞争力的器件.本文提出了一种新型载流子积累的RC-LIGBT,它具有电子控制栅(electron-controlled gate,EG)和分离短路阳极(separated short-anode,SSA),可以同时实现较低的导通压降和关断损耗.在正向导通状态,漂移区上方的EG结构可以在漂移区的表面积累一个高密度的电子层,从而大大地降低器件的导通压降.同时,SSA结构的使用还极大优化了器件的关断损耗.另外,低掺杂p型漂移区与SSA结构配合,可以简单地实现反向导通并且消除回吸电压.仿真结果表明,所提出的器件具有优秀的导通压降与关断损耗之间的折衷关系,其导通压降为1.16 V,比SSA LIGBT低55%,其关断损耗为0.099 mJ/cm^(2),比SSA LIGBT和常规LIGBT分别低38.5%和94.7%.

关键词：载流子积累逆导型横向绝缘栅双极晶体管导通压降回吸电压

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新型载流子积累的RC-LIGBT

物理学报 2024年

作者：段宝兴王佳森唐春萍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

通过引入n+阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管（Reverse-Conducting Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，RC-LIGBT）可以实现反向导通，并且优化器件的关断特性，是功率集成电路中一个有竞争力的器件。本... 详细信息

通过引入n+阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管（Reverse-Conducting Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor，RC-LIGBT）可以实现反向导通，并且优化器件的关断特性，是功率集成电路中一个有竞争力的器件。本文提出了一种新型载流子积累的RC-LIGBT，它具有电子控制栅（Electron-controlled Gate，EG）和分离短路阳极（Separated Short-Anode，SSA），可以同时实现较低的导通压降和关断损耗。在正向导通状态，漂移区上方的EG结构可以在漂移区的表面积累一个高密度的电子层，从而大大地降低器件的导通压降。同时，SSA结构的使用也极大优化了器件的关断损耗。另外，低掺杂p型漂移区与SSA结构配合，可以简单地实现反向导通并且消除回吸电压。仿真结果表明，所提出的器件具有优秀的导通压降与关断损耗之间的折衷关系，其导通压降为1.16V，比SSA LIGBT低55%，其关断损耗为0.099mJ/cm2，比SSA LIGBT和常规LIGBT分别低38.5%和94.7%。

关键词：载流子积累 RC-LIGBT 导通压降回吸电压

快上升前沿电磁脉冲下片上静电放电防护电路的效应与机理（英文）

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强激光与粒子束 2024年第10期 48-56页

作者：毛心怡柴常春李福星林浩东赵天龙杨银堂西安电子科技大学集成电路学部教育部宽禁带半导体材料与器件国家重点实验室

静电放电（ESD）保护电路广泛存在于CMOS数字电路输入与输出端口，耦合进入设备内部的快上升前沿电磁脉冲（FREMP）在与CMOS电路作用的同时，也不排除作用于防护电路。建立了片上CMOS静电放电保护电路模型并且选取方波作为电磁脉冲信号... 详细信息

静电放电（ESD）保护电路广泛存在于CMOS数字电路输入与输出端口，耦合进入设备内部的快上升前沿电磁脉冲（FREMP）在与CMOS电路作用的同时，也不排除作用于防护电路。建立了片上CMOS静电放电保护电路模型并且选取方波作为电磁脉冲信号，从多物理参数模型刻画了器件内部的晶格温度，电流密度以及电场强度分布。探讨了在电磁脉冲注入下电路内部器件的变化，并描述了损伤幅度阈值与脉冲宽度之间的关系。结果表明，在FREMP作用下，CMOS电路中的ESD保护电路模块存在潜在的损伤风险，FREMP的注入导致电路内部发生不可恢复的热损失。此外不同属性的脉冲信号会改变电路的损伤阈值。这些结果对一步评估电磁环境对芯片内部的影响提供了重要参考，有助于开展ESD保护电路的可靠性增强研究。

关键词：快上升前沿电磁脉冲损伤效应静电放电保护电路损伤位置预测

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全TOPCon电池正面多晶硅层硼掺杂工艺

人工晶体学报 2024年第2期53卷 329-335页

作者：张博宋志成倪玉凤魏凯峰青海黄河上游水电开发有限责任公司西安太阳能电力分公司西安710000 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

为提升隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池光电转换效率,本文通过高温扩散在n型TOPCon电池正面制作p型隧穿氧化层钝化接触结构,提升发射极钝化性能,减少正面金属复合。本文研究了不同沉积时间、推进温度、推进时间等工艺参数对实验样品钝... 详细信息

为提升隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池光电转换效率,本文通过高温扩散在n型TOPCon电池正面制作p型隧穿氧化层钝化接触结构,提升发射极钝化性能,减少正面金属复合。本文研究了不同沉积时间、推进温度、推进时间等工艺参数对实验样品钝化性能及掺杂曲线的影响。实验结果表明,当沉积时间为1500 s,推进温度为920℃,推进时间为20 min时,掺硼多晶硅层可获得较优的钝化性能及掺杂浓度,其中样品多晶硅层硼掺杂浓度达到1.40×10^(20)cm^(-3),隐开路电压(iV_(oc))大于720.0 mV。依据该参数制备的TOPCon电池光电转换效率可达23.89%,对应的短路电流密度为39.36 mA/cm^(2),开路电压(V_(oc))达到726.4 mV,填充因子(FF)为83.54%。

关键词： TOPCon电池钝化接触硼扩散钝化电流密度光电转换效率

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等离子体增强原子层沉积AlN外延单晶GaN研究

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无机材料学报 2024年第5期39卷 547-553页

作者：卢灏许晟瑞黄永陈兴徐爽刘旭王心颢高源张雅超段小玲张进成郝跃西安电子科技大学微电子学院西安710071 西安电子科技大学芜湖研究院先进微电子器件研究中心芜湖241000

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,具有较大的禁带宽度,较高的击穿电场强度、电子迁移率、热导系数以及直接带隙等优异特性,被广泛应用于电子器件和光电子器件中。由于与衬底的失配问题,早期工艺制备GaN材料难以获得高质量单晶GaN薄膜... 详细信息

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,具有较大的禁带宽度,较高的击穿电场强度、电子迁移率、热导系数以及直接带隙等优异特性,被广泛应用于电子器件和光电子器件中。由于与衬底的失配问题,早期工艺制备GaN材料难以获得高质量单晶GaN薄膜。直到采用两步生长法,即先在衬底上低温生长氮化铝(AlN)成核层,再高温生长GaN,才极大地提高了GaN材料的质量。目前用于制备AlN成核层的方法有磁控溅射以及分子束外延等,为了进一步提高GaN晶体质量,本研究提出在两英寸c面蓝宝石衬底上使用等离子体增强原子层沉积(Plasma-enhanced Atomic Layer Deposition,PEALD)方法制备AlN成核层来外延GaN。相比于磁控溅射方法,PEALD方法制备AlN的晶体质量更好;相比于分子束外延方法,PEALD方法的工艺简单、成本低且产量大。沉积AlN的表征结果表明,AlN沉积速率为0.1 nm/cycle,并且AlN薄膜具有随其厚度变化而变化的岛状形貌。外延GaN表征结果表明,当沉积厚度为20.8 nm的AlN时,GaN外延层的表面最平整,均方根粗糙度为0.272 nm,同时具有最好的光学特性以及最低的位错密度。本研究提出了在PEALD制备的AlN上外延单晶GaN的新方法,沉积20.8 nm的AlN有利于外延高质量的GaN薄膜,可以用于制备高电子迁移率晶体管及发光二极管。

关键词： GaN AlN 等离子体增强原子层沉积成核层外延

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低维InP材料的表征和生长机理研究

发光学报 2024年第5期45卷 779-793页

作者：牛艳萍马淑芳董浩琰阳智郝晓东韩斌吴胜利董海亮许并社陕西科技大学西安市化合物半导体材料与器件重点实验室陕西西安710021 西安交通大学第一附属医院肝胆外科陕西西安710061 太原理工大学教育部先进材料界面科学与工程重点实验室山西太原030024 山西浙大新材料与化工研究院山西太原030024

磷化铟作为一种重要的Ⅲ-Ⅴ半导体材料,由于其独特的光学和电学特性,近年来备受关注。大量的研究表明,它在光电子、催化、医学等领域具有潜在的应用前景。但目前在低维InP纳米材料的可控制备和大规模合成研究中还存在一些问题有待解决... 详细信息

磷化铟作为一种重要的Ⅲ-Ⅴ半导体材料,由于其独特的光学和电学特性,近年来备受关注。大量的研究表明,它在光电子、催化、医学等领域具有潜在的应用前景。但目前在低维InP纳米材料的可控制备和大规模合成研究中还存在一些问题有待解决。针对上述问题,采用化学气相沉积法(CVD)在Si/SiO_(2)衬底上成功地制备了大量高质量的InP纳米线,并用原位生长法在多晶InP衬底上生长了大量的InP纳米柱。利用扫描电子显微镜(SEM)观察所制备的纳米材料的形貌,纳米线表面光滑,直径在30~65 nm之间,纳米线组成的薄膜厚度约为35μm;纳米柱直径分布为550~850 nm,纳米柱组成的薄膜厚度约为12μm。利用能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备的纳米材料的成分为InP。用拉曼光谱法测定了纳米材料的化学结构,并做了进一步的分析。透射电子显微镜(TEM)用于观察纳米材料的微观结构。研究发现,本研究制备的纳米线具有很高的结晶度,沿着[111]方向生长。使用选区电子衍射(SAED)分析纳米线晶体特性时发现了清晰的衍射点,表明其为单晶结构。使用光致发光光谱仪(PL)分析其发光特性,并进一步分析。最后,我们讨论了纳米线和纳米柱的形成机制,纳米线的生长遵循气-液-固(VLS)机制,纳米柱的生长遵循固-液-固(SLS)机制。这些研究为控制InP纳米材料的制备和大规模生产提供了更多可能性。

关键词：磷化铟纳米线纳米柱材料特性生长机制

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离子注入诱导成核外延高质量AlN

物理学报 2024年第19期73卷 244-250页

作者：余森许晟瑞 †陶鸿昌王海涛安瑕杨赫许钪张进成郝跃西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体器件与集成技术全国重点实验室宽禁带半导体国家工程研究中心西安710071 西安电子科技大学广州研究院广州510555 陕西省大功率半导体照明工程技术中心西安710071

超宽禁带AlN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、直接带隙等优势,被广泛应用于光电子器件和电力电子器件等领域.AlN材料的质量影响着AlN基器件的性能,为此研究人员提出了多种方法来提高异质外延AlN晶体的质量,但是这些方法工艺... 详细信息

超宽禁带AlN材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、直接带隙等优势,被广泛应用于光电子器件和电力电子器件等领域.AlN材料的质量影响着AlN基器件的性能,为此研究人员提出了多种方法来提高异质外延AlN晶体的质量,但是这些方法工艺复杂且成本高昂.因此,本文提出了诱导成核的新方法来获得高质量的AlN材料.首先,对纳米图案化的蓝宝石衬底注入不同剂量的N离子进行预处理,随后基于该衬底用金属有机化学气相沉积法外延AlN基板,并在其上生长多量子阱结构,最后基于此多量子阱结构制备紫外发光二极管.研究结果表明,在注入N离子剂量为1×10^(13) cm^(-2)的衬底上外延获得的AlN基板,其表面粗糙度最小且位错密度最低.由此可见,适当剂量的N离子注入促进了AlN异质外延过程中的横向生长与合并过程;这可能是因为N离子的注入,抑制了初期成核过程中形成的扭曲的镶嵌结构,有效地降低了AlN的螺位错以及刃位错密度.此外,基于该基板制备的多量子阱结构,其残余应力最小,光致发光强度提高到无注入样品的152%.此外,紫外发光二极管的光电性能大幅提高,当注入电流为100 mA时,光输出功率和电光转换效率分别提高了63.8%和61.7%.

关键词：氮化铝离子注入金属有机化学气相淀积发光二极管

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高质量铟掺杂氧化镓单晶浮区法生长研究

无机材料学报 2024年

作者：李宪珂张超逸黄林孙鹏刘波徐军唐慧丽同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室

β-Ga2O3是一种新型超宽带隙半导体材料，具有出色的性能，在高功率电子器件和日盲深紫外探测器等领域有着巨大的应用前景。通过掺入In3+离子，可以调节β-Ga2O3的带隙宽度和光学性质，从而进一步拓展其应用范围。本研究以高纯度Ga2O3、... 详细信息

β-Ga2O3是一种新型超宽带隙半导体材料，具有出色的性能，在高功率电子器件和日盲深紫外探测器等领域有着巨大的应用前景。通过掺入In3+离子，可以调节β-Ga2O3的带隙宽度和光学性质，从而进一步拓展其应用范围。本研究以高纯度Ga2O3、In2O3为原料，采用光学浮区法制备了β-Ga2O3:9%In、β-Ga2O3:15%In单晶。生长速度为5 mm/h时，晶体出现失透现象，在光学显微镜下观察，发现晶体中含有大量气泡缺陷，这些缺陷主要呈条状和球状，其中条状气泡的长度在50～200 μm范围内，沿[010]晶体生长方向延伸。通过扫描电子显微镜观察缺陷形貌和元素分布，发现气泡周围的元素分布均匀，无杂质元素聚集。结果表明，缺陷的形成与In2O3高温分解有关，产生的气体未及时排出，随熔体结晶进入晶体内部形成气泡。优化晶体生长工艺后，解决了气泡缺陷引起的晶体失透问题，得到的透明β-Ga2O3:9%In单晶摇摆曲线半高宽可达44 arcsec，晶体的结晶质量显著提升。本研究为生长高质量β-Ga2O3:In体块单晶提供了解决方案，为深入了解其光电性能奠定了基础。

关键词：铟掺杂氧化镓光学浮区法晶体生长气泡缺陷

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三维集成电路堆叠硅通孔动态功耗优化

物理学报 2015年第2期64卷 349-355页

作者：董刚武文珊杨银堂西安电子科技大学微电子所宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

三维集成电路堆叠硅通孔结构具有良好的温度和热特性.提出了一种协同考虑延时、面积与最小孔径的堆叠硅通孔动态功耗优化办法.在提取单根硅通孔寄生电学参数的基础上,分析了硅通孔的直径对多层硅通孔的功耗与延时性能的影响,由此构建了... 详细信息

三维集成电路堆叠硅通孔结构具有良好的温度和热特性.提出了一种协同考虑延时、面积与最小孔径的堆叠硅通孔动态功耗优化办法.在提取单根硅通孔寄生电学参数的基础上,分析了硅通孔的直径对多层硅通孔的功耗与延时性能的影响,由此构建了分层逐级缩减堆叠硅通孔结构,分析了硅通孔高度与氧化层厚度的影响.结果表明,该模型可在牺牲少许延时的情况下显著优化动态功耗,在允许牺牲延时5%的情况下,堆叠硅通孔的动态功耗最多可减少19.52%.

关键词：三维集成电路堆叠硅通孔动态功耗延时