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World File Search System击穿电压
宽带隙器件特刊社论：设计、制造和应用
新兴的宽带隙 (WBG) 半导体有望推动全球产业发展，就如同 50 多年前硅 (Si) 芯片的发明推动了现代计算机时代的到来一样。基于 SiC 和 GaN 的器件正开始变得更加商业化。与同类的基于 Si 的元件相比，这些 WBG 器件更小、更快、更高效，在更严苛的操作条件下也能提供更高的可靠性。此外，在此框架下，一种新型微电子级半导体材料被创造出来，其带隙甚至比之前建立的宽带隙半导体（如 GaN 和 SiC）还要大，因此被称为“超宽带隙”材料。这些材料包括 AlGaN、AlN、金刚石和 BN 氧化物基材料，它们在理论上具有更优越的性能，包括更高的临界击穿场、更高的工作温度和潜在的更高辐射耐受性。这些特性反过来又使得革命性的新器件可用于极端环境成为可能，例如高效功率晶体管（因为巴利加品质因数有所提高）、超高压脉冲功率开关、高效 UV-LED、激光二极管和 RF 电子设备。本期特刊发表了 20 篇论文，重点关注基于宽带隙的器件：设计、制造和应用。三篇论文 [1-3] 涉及未来 5G 应用和其他高速高功率应用的 RF 功率电子设备。其中九篇论文 [4-12] 探讨了宽带隙高功率器件的各种设计。其余论文涵盖了基于宽带隙的各种应用，如用于提高 GaN 基光子发射器光子提取效率的 ZnO 纳米棒 [13]、InGaZnO 薄膜晶体管 [14]、宽带隙 WO3 薄膜 [15]、银纳米环 [16、17] 和 InGaN 激光二极管 [18-20]。特别是在 RF GaN 器件方面，Kuchta 等人 [1] 提出了一种基于 GaN 的功率放大器设计，该设计降低了透射率畸变。Lee 等人 [2] 展示了一种用于 2.5 至 6 GHz 干扰系统的紧凑型 20 W GaN 内部匹配功率放大器，它使用高介电常数基板、单层电容器和分流/串联电阻器实现低 Q 匹配和低频稳定。 Lin 等人 [3] 通过集成厚铜金属化层实现了 Ka 波段 8.2 W/mm 的高输出功率密度。关于 GaN 功率器件，Wu 等人 [4] 研究了一种双 AlGaN 势垒设计以实现增强模式特性。Ma 等人 [5] 介绍了一种使用 GaN 的数字控制 2 kVA 三相分流 APF 系统。Tajalli 等人 [6] 通过进行缓冲分解研究了 GaN-on-Si 外延结构中垂直漏电和击穿的起源。可以确定每个缓冲层与垂直漏电和击穿电压相关的贡献。Sun 等人 [7] 研究了 GaN-on-Si 外延结构中垂直漏电和击穿电压的分布。[7] 提出了一种利用 TCAD 实现常关型 GaN HEMT 的新方法。该概念基于将栅极沟道方向从长水平方向转置为短垂直方向。Mao 等 [8] 在 IGBT 的集电极侧引入了一部分 p-polySi/p-SiC 异质结，以在不牺牲器件其他特性的情况下降低关断损耗。Kim 等 [9] 实现了 SiC 微加热器芯片作为下一代功率模块的新型热评估设备，并评估了其耐热性能。
DUNE 远探测器的 FBK SiPM 生产现状
深层地下中微子实验 (DUNE) 的远探测器 (FD) 将配备液氩时间投影室 (LArTPC)，其中闪烁光将由适合低温应用的硅光电倍增管探测。在 DarkSide 实验的要求推动下，FBK 开发了一种用于低温应用的 SiPM 技术 (NUV-HD-Cryo SiPM)，该技术的特点是在低温下具有极低的暗噪声，约为几 mHz/mm2，后脉冲概率低，并且淬灭电阻随温度的变化有限。在 DUNE 合作框架内，NUV-HD-Cryo 技术得到了进一步开发，通过增加深沟槽隔离 (DTI) 的数量来获得具有高增益但串扰有限的设备，目的是为 DUNE 读出模块提供更好的信噪比。大型物理实验通常需要具有最高性能的设备，并在短时间内以低到中等的产量完成紧张的实验计划。在 FBK，我们开发了一个小型供应链，其中包括一家使用 FBK 技术制造 SiPM 的外部代工厂和一家外部封装公司，能够提供中等批量的封装硅探测器。在这项工作中，我们将从 SiPM 的击穿电压、暗电流和正向电阻的均匀性以及 SiPM 板封装的质量评估方面报告 NUV-HD-Cryo 技术的性能和 DUNE 实验的 FBK SiPM 生产状态。
高粒度定时探测器低增益雪崩探测器原型的辐射硬度特性
摘要：高粒度定时探测器（HGTD）是ATLAS二期升级的重要组成部分，用于应对极高的堆积密度（平均每个束流团穿越的相互作用次数可达200次）。利用径迹的精确定时信息（σt～30ps），可以在“四维”空间进行径迹到顶点的关联。传感器选用低增益雪崩探测器（LGAD）技术，可提供所需的定时分辨率和良好的信噪比。日本滨松光子学株式会社（HPK）已生产出厚度为35 μm和50 μm的LGAD，中国科学技术大学也与中国科学院微电子研究所（IME）合作开发并生产了50 μm LGAD样机。为评估抗辐照性能，传感器在JSI反应堆设施中接受中子辐照，并在中国科学技术大学进行测试。在室温（20 ℃ ）或−30 ℃ 下，通过I-V和C-V测量表征辐照对增益层和本体的影响。提取了击穿电压和耗尽电压，并将其表示为通量函数。受体去除模型的最终拟合得出HPK-1.2、HPK-3.2和USTC-1.1-W8的c因子分别为3.06×10 −16 cm −2、3.89×10 −16 cm −2和4.12×10 −16 cm −2，表明HPK-1.2传感器具有最耐辐照的增益层。采用一种新颖的分析方法进一步利用数据得到c因子与初始掺杂浓度之间的关系。关键词：LGAD；HGTD；定时探测器；硅探测器中图分类号：TL814文献标识码：A
由光电二极管中的周期性表面纹理启用了独特的高光谱响应设计
摘要：跨学科（例如医疗保健，汽车，取证和天文学）的高光谱成像的应用受到复杂的过滤器和分散透镜的要求。通过利用具有工程光谱响应和高级信号处理技术的设备，可以使光谱成像过程在各个领域更容易接近。我们提出了一种使用光子捕获表面纹理（PTST）的光谱响应设计方法，该方法消除了外部衍射光学元件的必要性，并促进了系统的微型化。我们已经开发了一个分析模型，以在PTST存在下使用硅的有效折射率来计算电磁波耦合。我们已广泛验证了模拟和实验数据的模型，以确保我们的预测准确性。我们观察到峰耦合波长与PTST周期之间存在强烈的线性关系，以及与PTST直径的中等比例关系。此外，我们确定了跨间距与波传播模式之间的显着相关性。模型的实验验证是使用配备PTST的光电二极管通过互补的金属氧化物 - 氧化 - 兼容器兼容的过程进行的。此外，我们演示了这些配备PTST的光二极管的电气和光学性能，以显示高速（响应时间：27 PS），高增益（乘法增益，M：90）和低工作电压（击穿电压：〜8.0 V）。最后，我们利用制造的配备PTST光电二极管的独特响应来模拟高光谱成像，提供原理证明。这些发现对于高性能光谱仪的片上整合，保证实时数据操作以及高光谱成像系统的成本效益的产生至关重要。关键字：雪崩光电二极管，高光谱成像，多光谱成像，光子捕获功能，光谱响应工程■简介
硅上的完全垂直gan p-i-n二极管
esearchers from France's Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (IEMN) and Siltronic AG in Germany claim the first demonstration of high-current operation (above 10A) for vertical gallium nitride (GaN)-based devices on silicon substrates [Youssef Hamdaoui et al, IEEE Transactions on Electron Devices, vol.72（2025），否。1（1月），P338]。 团队评论说：“二极管提供了一个未经原理的高州河流电流，直径超过11.5a。 这既归因于反向N-FACE欧姆接触的优化，也归因于实施厚的铜电镀，将硅底物代替为散热器。”这些设备使用了完全垂直的，而不是垂直的结构 “伪垂直”是指所有触点在芯片或晶圆的前面进行的设备。 虽然设备主体中的电流流在此类排列中大约垂直，但电流在N-Contact层中横向流动。 结果是流动效应倾向于降低伪垂直设备的能力处理能力。 完全垂直的结构有望更高的击穿电压，并降低了抗压电压。 在硅底物上生产，而不是碳化硅或散装/独立式gan，也应使GAN设备在低成本应用中更具竞争力。 通过金属有机化学蒸气沉积（MOCVD）制备了两个六英寸的gan/si晶状体（图1）。 一个晶圆具有4.5µm轻轻的N掺杂（N - ）漂移层。 另一个晶圆具有一个7.4µ流的漂移区域。1（1月），P338]。团队评论说：“二极管提供了一个未经原理的高州河流电流，直径超过11.5a。这既归因于反向N-FACE欧姆接触的优化，也归因于实施厚的铜电镀，将硅底物代替为散热器。”这些设备使用了完全垂直的，而不是垂直的结构“伪垂直”是指所有触点在芯片或晶圆的前面进行的设备。虽然设备主体中的电流流在此类排列中大约垂直，但电流在N-Contact层中横向流动。结果是流动效应倾向于降低伪垂直设备的能力处理能力。完全垂直的结构有望更高的击穿电压，并降低了抗压电压。在硅底物上生产，而不是碳化硅或散装/独立式gan，也应使GAN设备在低成本应用中更具竞争力。通过金属有机化学蒸气沉积（MOCVD）制备了两个六英寸的gan/si晶状体（图1）。一个晶圆具有4.5µm轻轻的N掺杂（N - ）漂移层。另一个晶圆具有一个7.4µ流的漂移区域。根据电化学电容 - 电压（ECV）测量值，漂移层中的硅掺杂浓度为3x10 16 /cm 3，净离子化电子密度为9x10 15 /cm。较厚的漂移层应承受更高的电压，但要以更高的抗性为代价。在弱梁暗场模式下使用透射电子显微镜（TEM）的检查确定螺纹位错密度〜5x10 8 /cm 2。霍尔效应测量值的漂移层迁移率为756cm 2 /v-s。P-I-N二极管是制造的，从用作边缘终止的深斜角台面开始。通过血浆反应离子蚀刻（RIE）和电感耦合等离子体（ICP）蚀刻进行深度蚀刻。边缘终止的目的是将电场散布在交界处，并减少泄漏。
Cr2O3:Mg/β-Ga2O3 p–n 的可靠运行...
基于β-氧化镓（b-Ga2O3）的半导体异质结最近已展示出在高压和高温下的改进性能，因此有望应用于电力电子设备和恶劣环境传感器。然而，这些超宽带隙（UWBG）半导体器件的长期可靠性问题仍未得到解决，并且可能受到 p – n 异质结界面化学反应的强烈影响。在这里，我们通过实验演示了操作并评估了 Cr2O3:Mg/b-Ga2O3 p – n 异质结二极管在 600C 下长期运行期间以及在 25 至 550C 之间重复 30 次循环后的可靠性。计算出的 Ga-Cr-O 材料系统的 pO2 -温度相稳定性图预测 Ga2O3 和 Cr2O3 在很宽的氧气压力和工作温度范围内在相互接触时应该保持热力学稳定。制备的 Cr 2 O 3 :Mg/b-Ga 2 O 3 p-n 异质结二极管在 6 5 V 时显示室温开/关比 > 10 4 ，击穿电压 (V Br ) 为 390 V 。漏电流随温度升高而增大，直至 600 C，这归因于 Poole-Frenkel 发射，其陷阱势垒高度为 0.19 eV。在 600 C 下进行 140 小时的热浸泡后，器件的开启电压和导通电阻分别从 1.08 V 和 5.34 m X cm 2 增加到 1.59 V 和 7.1 m X cm 2 。从飞行时间二次离子质谱分析观察到，这种增加归因于 Mg 和 MgO 在 Cr 2 O 3 /Ga 2 O 3 界面处的积累。这些发现为未来适用于恶劣环境的 UWBG 半导体器件的设计策略提供了指导，并强调了对 b -Ga 2 O 3 基器件进行进一步可靠性评估的必要性。
UC Berkeley
固态技术的进步导致硅光电塑料（SIPM）的使用增加，用于粒子物理仪器中的闪烁光检测[1]。，正在积极考虑使用SIPMS用于直接检测暗物质（例如拟议的XLZD实验[2]）的实验中，并潜在地升级到Lux-Zeplin（LZ）检测器[3-5]。与光电倍增管（PMTS）相比，吸引力是显着的：放射性障碍的大小和数量更紧凑，对磁场的弹性，较低的工作电压以及自然像素化的光敏感区域，可以改善事件重建。作为一个简短的描述，SIPM是雪崩光电二极管的像素化阵列：P-n连接反向偏向于其击穿电压。当像素检测到一级光子时，所得的Geiger模式的电荷载体也会发出次级光子[6，7]。这种副作用是硅雪崩设备的通用[8]。这些二次光子本身可以通过SIPM中的不同像素检测到，因此产生了过量的，虚假的信号，这种效果称为光串扰。1因此，SIPMS的缺点是以串扰，光子检测形式的过量信号的固有产生，这种效应以设备增益非线性地缩放[10，11]。光串扰只要内部包含在原始设备中，就可以轻松地校准。在这种情况下，效果通常称为内部串扰。这被称为外部串扰。如果在检测器中仪器进行了多种s尖，则可能发生不同设备之间的串扰。因为次级光子已经逃脱了原始设备并被另一个SIPM检测到，因此校准不再直接。以这种方式，不幸的是，SIPM表现为脉冲手电筒。的确，在单个设备水平上不可能进行外部串扰的校准，并且只能由粒子探测器系统中的其他设备进行测量。
具有复合源极-...的单向 p-GaN 栅极 HEMT
硅基氮化镓高电子迁移率晶体管 (HEMT) 以其低成本、大面积应用等优势在功率器件应用领域引起了广泛关注 [1]。近年来，双向开关在轧机、电梯、风力发电等许多工业双向功率转换应用中备受青睐。此外，常闭单向 HEMT 是实现高性能双向开关的重要器件 [2,3]。常闭单向 HEMT 通常通过在 HEMT 的漏极中嵌入肖特基势垒二极管 (SBD) 来实现。目前已经采用了氟注入或金属氧化物半导体技术。然而，在常闭单向 HEMT 中尚未见具有良好阈值电压 (V th ) 可控性和稳定性的 p-GaN 栅极技术 [4] 的报道。此外，凹陷式肖特基漏极[5]和场板技术[6]可以为实现具有小开启电压（V on ）、高击穿电压（BV）和良好动态性能的单向HEMT提供相关参考。本研究通过实验证明了一种具有凹陷肖特基漏极和复合源漏场板的单向p-GaN HEMT（RS-FP-HEMT）。研究并揭示了漏极电压应力对动态性能的影响。实验。图1（a）和（b）分别显示了传统的带欧姆漏极的p-GaN HEMT（C-HEMT）和提出的RS-FP-HEMT的示意横截面结构。这两个器件都是在GaN-on-Si晶片上制造的。外延结构由 3.4 µ m 缓冲层、320 nm i-GaN 沟道层、0.7 nm AlN 中间层、15 nm Al 0.2 Ga 0.8 N 阻挡层和 75 nm p-GaN 层（Mg 掺杂浓度为 1 × 10 19 cm −3）组成。器件制造首先通过反应离子刻蚀 (RIE) 形成 p-GaN 栅极岛。然后，蒸发 Ti/Al/Ni/-Au 金属堆栈并在 N 2 环境中以 850 ◦C 退火 30 秒。形成凹陷的肖特基漏极
帽层对6英寸Si(111)衬底上生长的AlN势垒HEMT性能的影响
近年来，氮化镓 (GaN) 基高电子迁移率晶体管 (HEMT) 因其在降低开关损耗、维持高击穿电压以及保持高温稳定性方面所表现出的卓越性能，其商业化进程不断加快 [1,2]。大尺寸 Si 衬底上 GaN 外延生长技术的进步降低了生产成本。同时，Si 上的 HEMT 器件可以轻松集成到现有的 Si 铸造厂中 [4-6]。上述优势使 GaN 基 HEMT 器件更接近大众市场应用。阻挡层是 HEMT 器件中的关键元件之一，它决定了导电通道的电阻。AlGaN 是最常用的阻挡材料。在 AlGaN / GaN 界面区域形成的二维电子气 (2DEG) 表现出良好的稳定性、低的薄层电阻、高的载流子密度和高的电子迁移率 [7,8]。由于在 AlN / GaN 界面区域形成了更高的 2DEG 密度，AlN 作为阻挡层材料也引起了人们的关注 [9]。据报道，薄层电阻 (Rs) 值低至 128 Ω/sq，2DEG 密度为 3.21 × 10 13 / cm 2 [10]。此外，在 AlN 系统中可以避免合金散射，从而提高 2DEG 霍尔迁移率 [11,12]。已经证明了基于 AlN 阻挡层的 HEMT 器件具有低栅极漏电和高 I on / I off 比 [13]。表 1 总结了最近对具有最佳 Rs 性能的 AlN / GaN 异质结构的研究。然而，由于 AlN 与 GaN 沟道层的晶格失配较大 (2.5%)，因此 AlN 的弛豫是一个主要挑战。氮化硅 (SiN x ) 帽层已被用作表面钝化层，以避免/减少 AlN 弛豫 [ 14 ] 。然而，钝化帽层的成分和厚度对抑制弛豫的影响很少被研究。在本文中，我们报告了包含原位生长的 GaN 和/或 SiN x 帽层的 AlN/GaN 异质结构的长期 2DEG 稳定性。
用于高效功率转换的 GaN 晶体管...
四十多年来，随着功率金属氧化物硅场效应晶体管 (MOSFET) 结构、技术和电路拓扑的创新与日常生活中对电力日益增长的需求保持同步，电源管理效率和成本稳步提高。然而，在新千年，随着硅功率 MOSFET 渐近其理论界限，改进速度已经放缓。功率 MOSFET 于 1976 年首次出现，作为双极晶体管的替代品。这些多数载流子器件比少数载流子器件速度更快、更坚固，电流增益更高（有关基本半导体物理的讨论，一个很好的参考资料是 [1]）。因此，开关电源转换成为商业现实。功率 MOSFET 最早的大批量消费者是早期台式计算机的 AC-DC 开关电源，其次是变速电机驱动器、荧光灯、DC-DC 转换器以及我们日常生活中成千上万的其他应用。最早的功率 MOSFET 之一是国际整流器公司于 1978 年 11 月推出的 IRF100。它拥有 100V 漏源击穿电压和 0.1 Ω 导通电阻 (R DS(on))，堪称当时的标杆。由于芯片尺寸超过 40mm2，标价为 34 美元，这款产品注定不会立即取代备受推崇的双极晶体管。从那时起，几家制造商开发了许多代功率 MOSFET。40 多年来，每年都会设定基准，随后不断超越。截至撰写本文时，100V 基准可以说是由英飞凌的 BSZ096N10LS5 保持的。与 IRF100 MOSFET 的电阻率品质因数 (4 Ω mm 2 ) 相比，BSZ096N10LS5 的品质因数为 0.060 Ω mm 2 。这几乎达到了硅器件的理论极限 [2]。功率 MOSFET 仍有待改进。例如，超结器件和 IGBT 已实现超越简单垂直多数载流子 MOSFET 理论极限的电导率改进。这些创新可能还会持续相当长一段时间，并且肯定能够利用功率 MOSFET 的低成本结构和一批受过良好教育的设计人员的专业知识，这些设计人员经过多年学习，已经学会了从功率转换电路和系统中榨干每一点性能。