南科大深港微电子学院在宽禁带半导体器件领域取得系列研究进展

发布时间:2022-04-24  

近日,南方科技大学深港微电子学院教授于洪宇课题组和助理教授李携曦课题组在宽禁带半导体功率器件领域取得系列进展,特色研究成果包括高性能Ga2O3功率二极管制备方法、基于GaNHEMT器件的含碳颗粒物传感器、具有片上光电探测器的GaN基白光发光二极管、非接触式表面粗糙度测量器件和高性能GaN条形发光二极管。相关成果分别发表于国际微电子器件期刊IEEE Transactions on Electron Devices和传感器期刊Sensors and Actuators: B Chemical上。

高性能Ga2O3功率二极管制备方法

随着新能源汽车、高铁以及一些极端环境下应用的需求增加,对应相关领域电力系统的高压高功率、抗辐射耐高温的高性能半导体电子器件越来越受到关注。氧化镓(β-Ga2O3)具有超宽禁带宽度(~4.9 eV)、高击穿电场(~8 MV/cm)、高的热稳定性和化学稳定性等特点,并且可以通过经济高效的熔体法制备技术进行单晶生长,具有大规模低成本制造的潜力,被认为是未来支撑能源、信息、交通、制造等领域快速发展的新一代半导体材料。其中,二极整流管是体现Ga2O3优势的一个重要应用,于洪宇团队通过在Ga2O3二极管的肖特基界面插入一层铝反应层,提升了器件金属半导体界面的质量,取得了超低的亚阈值摆幅,降低了漏电,改善了器件的均一性和良率。


图1:Ga2O3功率二极管界面TEM图、EDS元素分析及其电学测试结果

相关成果以“Improvement of β-Ga2O3 MIS-SBD Interface Using Al-Reacted Interfacial Layer”为题发表于IEEE Transactions on Electron Devices,南科大微电子学院博士研究生何明浩为第一作者,该工作得到了广东省科学技术厅和深圳科技创新委员会的项目支持。

基于AlGaN/GaN HEMT器件的柴油发动机含碳燃烧颗粒物传感器

在内燃机中,碳氢燃料的燃烧会产生固体含碳颗粒物,造成大气污染,严重者会导致心肺及其他相关健康问题。于洪宇教授团队基于AlGaN/GaN HEMT器件开发了用于探测废气中污染微颗粒的PM传感器,传感器表面颗粒物吸收速率达到0.25 μg/min,在20秒后得到5.52%的响应以及4.44 mA的大信号波动,实现了快速响应时间,解决了传统水平插指电极(IDE)碳颗粒物传感器中普遍存在的死区时间问题。器件相应信号在颗粒物沉积10分钟后达到34.72%(27.94 mA)的峰值,并且在600 °C的空气环境中热再生后能够依旧运行。

相关成果以“Application of a gateless AlGaN/GaN HEMT sensor for diesel soot particulate detection”为题发表在Sensors and Actuators: B Chemical,南科大深港微电子学院研究助理教授Robert Sokolovskij为第一作者,本工作得到了广东省科学技术厅和深圳科技创新委员会的项目支持。


图2:PM传感器(a)器件横截面与(b)顶视示意图

图3:(a)无栅传感器输出曲线随颗粒物沉积时间变化;(b)和(c)为20秒沉积时间后的传感器表面SEM图;(e)PM沉积后和(f)600 °C热再生后的器件图。

具有片上光电探测器的GaN基白光发光二极管

李携曦课题组提出在GaN基外延芯片上集成光源和微型光电探测器,以监测发光强度变化,并通过覆盖荧光粉实现白光照明。通过理论仿真模拟,探究了探测器位置与探测效率的关系,并通过实验验证了模拟结果的准确性。与位于边缘的探测器相比,位于中心位置的设计可以实现58%的光强检测效率提升。研究还发现,片上探测器的探测能力与传统的外部光电探测器相当,其响应时间小于1μs。相关成果以“Phosphor-Based InGaN/GaN White Light-Emitting Diodes With Monolithically Integrated Photodetectors”为题发表于IEEE Transactions on Electron Devices。论文第一作者为南科大深港微电子学院2021级博士生尹嘉豪。


图4:器件原理示意图

非接触式表面粗糙度测量器件

李携曦课题组研究报告了用于表面粗糙度测量的微型GaN器件的制造和表征。通过晶圆级工艺制造的单片GaN器件可提供发光和光电检测功能,测量光波经过不同粗糙度界面反射后的强度变化,从而能够检测到0.025μm到1.6μm的平均表面粗糙度范围。研究人员将传感性能与光纤计量进行比较,证明了其实时监测运动表面粗糙度的能力。本器件具有非接触、非破坏性、结构紧凑、操作简单、原位测量能力等优点,对实际和工业表面计量应用具有重要价值。

相关成果以“A Miniature GaN Chip for Surface Roughness Measurement”为题发表于IEEE Transactions on Electron Devices。论文第一作者为深港微电子学院2021级博士生尹嘉豪。

图5:(a)在光滑和粗糙样品上测量的器件侧视光学图像;(b)在高和低表面粗糙度下发生的光散射示意图。

高性能GaN条形发光二极管

李携曦课题组提出了一种尺寸为7500μm×300 μm的GaN条形发光二极管(LED)。通过优化的电极设计,电流可以均匀地注入细长的芯片中,实现均匀的光分布,无需使用外部光学元件。与传统的方形LED相比,条形LED的出光功率在400mA和1000mA的驱动电流下分别提升了29.3%和57.9%。通过用黄色荧光粉薄膜覆盖芯片,也可以证明白光发射。条形LED具有降低发光强度密度、均匀照明和提高光输出的优点,不仅适用于各种照明应用,还可以用作显示屏的背光单元。相关成果以“High-Performance III-Nitride Light-Emitting Diode Stripes”为题发表在IEEE Transactions on Electron Devices。论文共同第一作者为南科大访问硕士生金浩天和博士生陈亮。


图6:(a)传统方形LED和(b)本研究提出的条形LED的光学图像。

以上五篇文章,南科大均是论文第一单位。

论文链接:

1、https://ieeexplore.ieee.org/document/9444549 
2、https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400521013794?via%3Dihub 
3、https://ieeexplore.ieee.org/document/9263328 
4、https://ieeexplore.ieee.org/document/9521571 
5、https://ieeexplore.ieee.org/document/9528852 

封面图片来源:拍信网

文章来源于:全球半导体观察    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

相关文章

    焊线机及精密烤炉,应用于CIS(有机光导薄膜图像传感器),应用市场是安防摄像头及手机;并且伊瑟半导体定制化全自动封装产线,基于团队丰富的系统集成经验以及在第三代宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)的封......
    和”目标。 宽禁带半导体助力“碳中和” 日常的生产、生活中不可能不排放CO2,就算电力行业全部使用可再生能源,但其他行业的生产过程仍难做到零排放。这要求企业除了使用可再生能源之外,还需关注“节能减排”。实际......
    积塔/天岳/长电等参与,国内再添半导体产业基地;近日,上海临港区“宽禁带半导体产业基地”正式揭牌,未来将把临港新片区建设成为宽禁带半导体产业基地。 据“上海临港”介绍,临港......
    西安交通大学绍兴市通越宽禁带半导体研究院揭牌成立;据绍兴滨海新区管委会消息,7月27日,由浙江绍兴滨海新区管委会与西安交通大学合作共建的绍兴市通越宽禁带半导体研究院揭牌成立。 消息称,西安交通大学绍兴市通越宽禁带半导体......
    特斯拉Model3搭载SiC,宽禁带半导体迎来爆发;去年11月底,特斯拉Model 3新款开售,其产品设计和功能变化都引起了外界关注。 在特斯拉Model 3车型中,SiC得到量产应用,这吸......
    特斯拉 Model3 搭载 SiC,宽禁带半导体迎来爆发;去年 11 月底,特斯拉 Model 3 新款开售,其产品设计和功能变化都引起了外界关注。 在特斯拉 Model 3 车型中,SiC 得到......
    济南宽禁带半导体小镇一期项目基本完成;据齐鲁晚报8月4日报道,位于槐荫经济开发区的宽禁带半导体小镇一期建设项目已基本完成,所有单体已完成竣工前验收,目前正在进行正式验收程序,电梯已美化提升,绿化......
    铝镓等,都被视为新一代半导体材料的重要方向。从带隙宽度来看,锑化物属于窄带半导体,而氧化镓、金刚石、氮化铝属于超宽禁带半导体。新一代半导体材料,将一路向宽,还是一路向窄? 超宽禁带半导体:“上天......
    低碳化成半导体强劲增长点 吉林华微电子进入新赛道;据《中国电子报》报道,目前国内功率半导体企业,纷纷在宽禁带半导体产品上发力。国内主要的半导体企业均在积极布局低碳产品线,不断加大低碳类项目投入,深化......
    形成了从装备到材料、芯片、模组、封装检测及下游应用的全产业链格局。 山东济南 山东济南以宽禁带半导体材料(亦称第三代半导体)为重点发展产业,建设济南宽禁带半导体小镇。 2018年7月......

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>