西安电子科技大学郝跃院士团队实现最高性能的氮化镓微波二极管


西安电子科技大学昨天我想分享

9月,西安电子科技大学微电子学院郝越院士团队在国际权威的顶级期刊《 IEEE Transactions on Industrial Electronics》和《 IEEE Transactions on Power Electronics》上报告了该团队的发展情况。国际上性能最高的GaN微波二极管,2.45GHz微波整流器模块,5.8GHz微波整流器模块及其高效的微波无线能量传输演示系统。

高功率微波二极管是微波系统的核心组件。传统的半导体微波二极管(如硅和砷化镓)的最大功率只有几百毫瓦,这严重限制了兆瓦无线能量传输系统和数百千瓦微波限制器的发展。因此,迫切需要解决大功率微波二极管。核心设备。根据半导体材料的物理特性,宽带隙半导体氮化镓(GaN)异质结构是开发高功率微波二极管的最理想材料。工频特性参数(fcVB)分别是硅,砷化镓和碳化硅。 500倍,50倍和4倍。因此,GaN大功率微波二极管已成为该领域的国际研究热点。

但是,GaN大功率微波二极管的开发非常困难。一方面,由于GaN的带隙大,因此难以获得器件的关键特性,例如低导通电压,低漏电流和高击穿电压。由于当前氮化镓材料的高位错缺陷密度,器件可靠性极差。经过多年的研究,郝越院士团队创新地提出了一种低功函数的金属沟槽阳极肖特基器件结构。首先,肖特基接触表面通过凹槽结构平行于位错缺陷方向,避免了咬合。错误的缺陷对二极管性能和可靠性的影响;第二个原因是凹槽的侧面是氮化镓的非极性表面,并且该非极性表面用于形成肖特基接触,可以将二极管的导通电压降低一半,并结合低功率对于常规结构,功能性金属电极的使用将二极管的导通电压从1.2V降低到0.4V。此外,使用低k阳极电介质可大大降低阳极的寄生电容,从而使二极管能够高频工作。

与传统半导体Si和GaAs二极管相比,该器件实现了低的开启电压(<0.4 V)、低的串联电阻(< 5 Ω)、低的寄生电容(<0.5 pF),器件截止频率达到了124 GHz。最为突破性的是,该二极管获得了超过150 V的反向击穿电压,单管整流功率接近10瓦,比Si和GaAs同类器件高一个数量级以上。采用该GaN微波二极管,团队成功实现了2.45 GHz和5.8 GHz的微波整流电路与无线传能系统。在2.45 GHz工作频率、输入功率为0.75 W和7.2 W时,整流电路分别取得了79%与50%的整流效率。(相关结果发表于:Kui Dang, Jincheng Zhang*, Hong Zhou*, et al. IEEE Transaction on Industrial Electronics, 2019, DOI:10.1109/TIE.2019.,SCI一区论文)

同时,研究小组提出了另一种钝化LPCVD方法,以解决更高频率下5.8 GHz频带中的电流崩溃问题,当2 W和6 W的输入功率时,71达到了5.8 GHz频率%和50%整流效率。与传统的Si和GaAs二极管相比,在相同的工作频率和整流效率下,GaN二极管的单管整流功率提高了10-50倍,可以满足未来对高频,高效率,高功率的需求。电源整流技术。基于该整流器,可以成功地在距微波无线能量传输2 m处高效地实现在5.8 GHz和2.45 GHz上设计和建造的微波无线电传输系统。 (相关结果发表在:党魁,张金成*,周鸿*等人,IEEE电力电子学报,2019,10.1109/TPEL.2019.,SCI地区论文)。

据报道,《 IEEE Transactions on Industrial Electronics》是电子和电气领域的国际顶级期刊。 IEEE Transactions on Power Electronics是电子和电气领域的国际优秀期刊。它主要报告信息,控制,电气和工业电子领域的最新研究进展。两者均属于SCI区顶级期刊。

收款报告投诉

9月,西安电子科技大学微电子学院郝越院士团队在国际权威的顶级期刊《 IEEE Transactions on Industrial Electronics》和《 IEEE Transactions on Power Electronics》上报告了该团队的发展情况。国际上性能最高的GaN微波二极管,2.45GHz微波整流器模块,5.8GHz微波整流器模块及其高效的微波无线能量传输演示系统。

高功率微波二极管是微波系统的核心组件。传统的半导体微波二极管(如硅和砷化镓)的最大功率只有几百毫瓦,这严重限制了兆瓦无线能量传输系统和数百千瓦微波限制器的发展。因此,迫切需要解决大功率微波二极管。核心设备。根据半导体材料的物理特性,宽带隙半导体氮化镓(GaN)异质结构是开发高功率微波二极管的最理想材料。工频特性参数(fcVB)分别是硅,砷化镓和碳化硅。 500倍,50倍和4倍。因此,GaN大功率微波二极管已成为该领域的国际研究热点。

但是,GaN大功率微波二极管的开发非常困难。一方面,由于GaN的带隙大,因此难以获得器件的关键特性,例如低导通电压,低漏电流和高击穿电压。由于当前氮化镓材料的高位错缺陷密度,器件可靠性极差。经过多年的研究,郝越院士团队创新地提出了一种低功函数的金属沟槽阳极肖特基器件结构。首先,肖特基接触表面通过凹槽结构平行于位错缺陷方向,避免了咬合。错误的缺陷对二极管性能和可靠性的影响;第二个原因是凹槽的侧面是氮化镓的非极性表面,并且该非极性表面用于形成肖特基接触,可以将二极管的导通电压降低一半,并结合低功率对于常规结构,功能性金属电极的使用将二极管的导通电压从1.2V降低到0.4V。此外,使用低k阳极电介质可大大降低阳极的寄生电容,从而使二极管能够高频工作。

与传统半导体Si和GaAs二极管相比,该器件实现了低的开启电压(<0.4 V)、低的串联电阻(< 5 Ω)、低的寄生电容(<0.5 pF),器件截止频率达到了124 GHz。最为突破性的是,该二极管获得了超过150 V的反向击穿电压,单管整流功率接近10瓦,比Si和GaAs同类器件高一个数量级以上。采用该GaN微波二极管,团队成功实现了2.45 GHz和5.8 GHz的微波整流电路与无线传能系统。在2.45 GHz工作频率、输入功率为0.75 W和7.2 W时,整流电路分别取得了79%与50%的整流效率。(相关结果发表于:Kui Dang, Jincheng Zhang*, Hong Zhou*, et al. IEEE Transaction on Industrial Electronics, 2019, DOI:10.1109/TIE.2019.,SCI一区论文)

同时,该团队进一步提出了一种LPCVD钝化方法,解决了在更高频段5.8 GHz时的电流崩塌效应,并在输入功率为2 W和6 W时,取得了5.8GHz频率下71%以及50%的整流效率。与传统Si以及GaAs二极管相比较,在相同工作频率及整流效率下,GaN二极管的单管整流功率提升10-50倍,能满足未来对高频率、高效率、高功率整流技术的需求。基于该整流模块,设计并搭建了2.45 GHz和5.8 GHz的微波无线传能系统,成功实现了在2 m距离下的高效率微波无线能量传输。(相关结果发表于:Kui Dang, Jincheng Zhang*, Hong Zhou*, et al. IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, 10.1109/TPEL.2019.,SCI一区论文)。

据悉,IEEE Transactions on Industrial Electronics是电子与电气领域国际顶级期刊,IEEE Transactions on Power Electronics是电子与电气领域国际优秀级期刊,主要报道信息、控制、电气及工业电子等领域最新的研究进展,均属于SCI一区TOP期刊。

他根据他长期观察的结果