基于宽带隙 (WBG) 半导体材料(如碳化硅 (SiC)、氮化镓 (GaN) 和金刚石)的 PE 设备可以提高下一代电网的可靠性和效率。这些材料能够实现更高的开关频率 (kHz) 和阻断电压(高达数十至数百 kV),同时提供更低的开关损耗、更好的热导率以及承受更高工作温度的能力。充分利用 WBG PE 设备存在许多障碍和挑战,包括确定用于高功率电网应用的新设备拓扑、开发持续提供坚固设备的能力以及创建具有成本效益的大批量制造工艺。特定于材料的障碍包括:
除了 GaAs 功率放大器技术外,氮化镓 (GaN) 微波功率放大器技术也在探索中,以满足未来 BMD 雷达的性能要求。这项工作将展示一种使用气相外延生长的 GaN 衬底作为宽带隙材料的微波功率放大器。高性能 X 波段功率放大器将为未来的雷达和导弹导引头提供高达三到四倍的电流能力。所选的晶体管设计具有高迁移率和高载流子浓度、高多功能性、高击穿电压和高增益、使用合金层适当设计通道组成以及对微管缺陷的低敏感性等优势。
摘要——我们通过实验证明了蓝宝石衬底上工作温度高达 400 ◦ C 的坚固的 β-氧化镓 (β-Ga 2 O 3) 铁电 (FE) 场效应晶体管 (FeFET)。原子层沉积 (ALD) Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 [氧化铪锆 (HZO)] 用作 FE 电介质。研究了 HZO/β-Ga 2 O 3 FeFET 在高温下的突触行为应用。这些器件表现出可区分的极化切换操作,输出电导由 FE 门上的输入脉冲数准线性控制。在模拟中,使用带有简单的两层多层感知器 (MLP) 网络的修改后的国家标准与技术研究所 (MNIST) 数据集,片上学习准确率在高温下达到 94%。这些超宽带隙半
目前,正在努力制造由半绝缘材料制成的光电导半导体开关并寻找其潜在应用。本文分析了文献中关于使用 PCSS 开关的参数和可能性,以及目前在电力和脉冲电力电子系统中使用的开关。介绍了基于 GaP 的开关原型模型的实验室测试结果,并将其与文献中的 PCSS 开关参数进行了比较。介绍并讨论了 IGBT 晶体管、晶闸管、光电晶闸管、火花隙和电源开关的工作原理、参数和应用。分析了用 PCSS 开关替换选定元件的可能性,同时考虑了比较器件的优缺点。还讨论了使用目前由磷化镓制成的 PCSS 开关的可能性。
林肯实验室正在开发一种结合氮化镓 (GaN) 和硅互补金属氧化物半导体 (Si CMOS) 器件的技术,以便为先进的相控阵系统提供更高效的 HPA 和高度集成的发射器/接收器 (T/R) 模块。由于 GaN 的宽带隙,在 Si 衬底上生长的 GaN 器件可提供高输出功率、高效率和宽带宽。使用 CMOS 器件可以集成额外的高密度和节能的 T/R 硬件组件,例如移相器、模数转换器和数模转换器以及数字控制器。将这些组件集成在单个集成电路上可大大降低相控阵系统的成本,并实现电路技术,例如用于在宽带宽上提高功率放大器效率的技术,这些技术在其他情况下可能无法实现。
β -氧化镓(β -Ga 2 O 3 )的带隙约为4.9 eV [ 1 ],作为一种新兴的超宽带隙半导体,近年来得到了广泛的研究。由于其具有成熟的块体材料制备、优异的Baliga 品质因数和高电子迁移率等优点[ 2 ],β -Ga 2 O 3 被认为是一种很有前途的日盲紫外(UV)光电探测器、气体传感器、紫外透明导体和大功率电子器件的候选材料[ 3 ,4 ]。虽然块体β -Ga 2 O 3 是外延生长高质量β -Ga 2 O 3 薄膜的理想衬底,但其昂贵的成本和较差的热导率仍然阻碍了同质外延的商业化。因此,在低成本、大尺寸衬底上异质外延β -Ga 2 O 3 薄膜仍然具有重要意义。
基于氮化镓 (GaN) 的高电子迁移率晶体管 (HEMT) 技术正在彻底改变现代国防射频和电子战系统。该技术能够以高线性度和高效率在高频下提供高功率。由于这些优势,它被广泛应用于雷达、卫星通信和军事地面通信等各种应用中。基于 GaN 的 HEMT 技术比现有的砷化镓 (GaAs) 单片微波集成电路 (MMIC) 具有显著优势,尤其是在射频功率应用方面。这主要是因为 GaN 器件具有非常高的击穿场,因此能够在更高的电压下工作。此外,GaN 器件的阻抗要高得多,因此在射频功率放大器集成电路中对匹配网络的要求就更低了。总体而言,与竞争对手的射频相比,GaN 技术可以将射频 IC 的尺寸缩小十倍甚至更高
推动电力系统进步的关键技术包括固态碳化硅 (SiC) 或氮化镓 (GaN) 电力电子设备、浪涌保护系统、双向电力系统、先进的冷却方法、自诊断系统和分布式系统架构。电力系统可以通过多保真建模工具进行开发,以提供“虚拟认证”的证据,但最终需要硬件集成和演示基础设施。这些系统的一些关键考虑因素是容错能力、布线考虑因素和恶劣环境能力。未来有几种技术将推动整个飞机电力系统的采用。这些包括能量存储和回收系统、高压电池系统、燃料电池、自重构(修复)概念、应急电源系统、网络预防系统工具、先进的 EMI/EMC 滤波系统以及无线和嵌入式传感。本文后面将进一步讨论其中一些主题。
摘要 首次展示了通过剥离技术在 SiO 2 / Si 衬底上制备的纳米膜三栅极 β -氧化镓 ( β -Ga 2 O 3 ) 场效应晶体管 ( FET )。通过采用电子束光刻技术,可以定义最小尺寸特征,覆盖通道宽度为 50 纳米。为了在 β -Ga 2 O 3 和栅极电介质之间获得高质量的界面,利用原子层沉积的 15 纳米厚的氧化铝 ( Al 2 O 3 ) 和三甲基铝 ( TMA ) 自清洁表面处理。制备的器件表现出极低的亚阈值斜率 ( SS ),为 61 mV dec − 1 ,高的漏极电流 ( I DS ) 开/关比为 1.5 × 10 9 ,以及可忽略不计的传输特性滞后。我们还通过实验证明了这些器件的稳健性,在高达 400°C 的温度下测量了电流-电压(I-V)特性。
美国国防部 (DoD) 在安全、低成本地访问旧系统、实践系统和前沿系统方面面临诸多挑战。关键部门对微电子的需求聚集为国防部及其合作伙伴提供了机会。为此,可信与保证微电子计划制定了安全访问关键技术的路线图,包括:最先进 (SOTA) 微电子技术、先进封装和测试、联合联邦保证中心 (JFAC) 以及教育和劳动力发展。这些路线图指导国防部在微电子领域的投资,并为未来投资的跨部门规划(例如 CHIPS 法案)提供信息。毫米波射频氮化镓器件和用于高带宽数据传输的共封装光学器件的制造进步将作为射频和光电子路线图中的案例进行分享。