内容简介

  《宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路》重点介绍了SiC和GaN宽禁带半导体高频开关和微波功率器件与电路的新进展与实用制备技术。
  《宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路》共5章:第1章介绍电力电子和固态微波器件的发展及其在雷达领域的应用;第2章介绍SiC和GaN宽禁带半导体材料,包括SiC和GaN单晶、SiC的同质外延生长、GaN的异质外延生长;第3章介绍SiC高频功率器件,包括SiC功率二极管、SiCMESFET、SiCMOSFET、SiCJFET、SiCBJT、SiCIGBT和SiCGTO;第4章介绍GaN微波功率器件与电路,包括GaNHEMT、GaNMMIC、E模GaNHEMT和N极性GaNHEMT;第5章介绍正在发展中的固态新型器件,包括太赫兹器件、金刚石器件和二维材料器件。
  《宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路》可供从事宽禁带半导体和雷达、通信、电子对抗以及电力电子应用等领域的科研人员参考。

作者简介

  赵正平,江苏扬州人,研究员级高工,1970年毕业于清华大学无线电电子学系,1982年获南京工学院电子工程系半导体物理与器件专业工学硕士学位。1982年至2002年在电子工业部第十三研究所工作,历任课题组长、研究室主任、主管科研副所长和所长,2002年后参于组建中国电子科技集团公司,历任党组成员兼总经理助理和党组成员兼副总经理。现任中国电子科技集团公司集团科技委副主任.中国航空工业集团公司外部董事,河北工业大学微电子专业博导。常期从事砷化镓功率器件与集成电路。微米、钠米技术和宽禁带半导体功率器件的开创性研究。在国内首次突破GaAs功率器件,功率MMIC.星用固态放大器和GaNHEMT功率器件等关键技术,获国家科技进步奖二、三等奖各1次,部科技进步奖一、二、三等奖8次。历任国家“863”信息领域专家、国防“973”首席专家和“核高基”国家重大专项专家,1993年获得政府特贴专家称号,1994年获国家中青年专家称号。

目录

第1章绪论
1.1电力电子器件的发展
1.1.1Si电力电子器件的发展
1.1.2宽禁带电力电子器件的发展
1.1.3我国电力电子器件的发展
1.2固态微波器件的发展
1.2.1Si和GaAs固态微波器件与电路的发展
1.2.2SiC固态微波器件与电路发展
1.2.3GaN固态微波器件与电路发展
1.3固态器件在雷达领域的应用
1.3.1si、GaAs固态微波器件与固态有源相控阵雷达
1.3.2SiC、GaN固态微波器件与T/R模块
1.3.3siC、GaN高频开关功率器件与开关功率源/固态脉冲调制源
参考文献

第2章宽禁带半导体材料
2.1氮化镓和碳化硅晶体材料
2.1.1GaN晶体性质和制备
2.1.2SiC晶体性质和制备
2.2碳化硅材料的同质外延生长技术
2.2.1SiC同质外延生长方法
2.2.2SiCCVD同质外延关键技术
2.2.3SiC外延层缺陷
2.3氮化物材料的异质外延生长技术
2.3.1氮化物外延生长基本模式和外延衬底的选择
2.3.2用于氮化物异质外延的金属有机物化学气相沉积技术
2.3.3氮化物异质外延生长中的几个重要问题
2.4宽禁带半导体材料的表征方法
2.4.1X射线衍射测试
2.4.2原子力显微镜测量
2.4.3光致发光谱测量
2.4.4傅里叶变换红外谱厚度测试
2.4.5汞探针C-V法测量杂质浓度分布
参考文献

第3章碳化硅高频功率器件
3.1SiC功率二极管
3.1.1siC肖特基二极管
3.1.2siCPIN二极管
3.1.3SiCJBS二极管
3.1.4siC二极管进展
3.1.5siC二极管应用
3.2SiCMESFET
3.2.1工作原理
3.2.2SiCMESFET研究进展
3.2.3SiCMESFET应用
3.3SiCMOSFET
3.3.1工作原理
3.3.2关键工艺
3.3.3SiCMOSFET进展
3.3.4SiCMOSFET应用
3.4siCJFET
3.4.1SiCJFET的半导体物理基础
3.4.2横向SiCJFET
3.4.3垂直SiCJFET
3.4.4SiCVJFET发展趋势及挑战
3.4.5SiCJFET应用
3.5SiCBJT
3.5.1BJT基本工作原理
3.5.2BJT基本电学特性
3.5.3SiCBJT关键技术进展
3.5.4siCBJT的应用
3.6siCIBJT
3.6.1工作原理
3.6.2SiCIGBT进展
3.6.3SiCIGBT应用
3.7SiCGTO
3.7.1晶闸管的导通过程
3.7.2关断特性
3.7.3频率特性
3.7.4临界电荷
3.7.5SiCGTO研究进展与应用
参考文献

第4章氧化镓微波功率器件与电路
4.1GaNHEMT
4.1.1GaNHEMT器件工作原理
4.1.2GaNHEMT器件的性能表征
4.1.3GaNHEMT器件关键技术
4.1.4国内外D模HEMT器件进展
4.2GaNMMIC
4.2.1MMIC功率放大器电路设计
4.2.2MMIC功率放大器电路制备的关键工艺
4.2.3国内外GaNMMIC研究进展
4.2.4GaNMMIC应用
4.3E模GaNHEMT
4.3.1E模器件基本原理
4.3.2国内外E模GaNHEMT器件进展
4.3.3E模GaN器件应用
4.4N极性GaNHEMT
4.4.1N极性GaNHEMT原理
4.4.2N极性GaN材料生长
4.4.3国内外N极性面GaN器件进展
4.5GaN功率开关器件与微功率变换
4.5.1GaN功率开关器件工作原理
4.5.2国内外GaN功率开关器件进展
4.5.3国内外GaN功率开关器件应用
4.5.4GaN开关功率管应用与微功率变换
参考文献

第5章展望
5.1固态太赫兹器件
5.1.1太赫兹肖特基二极管
5.1.2太赫兹三极管
5.1.3氮化物太赫兹固态器件
5.1.4太赫兹固态器件总结与展望
5.2金刚石器件
5.2.1金刚石材料基本性质
5.2.2金刚石材料生长方法
5.2.3金刚石器件举例
5.2.4总结与展望
5.3二维材料器件
5.3.1石墨烯材料器件
5.3.2其他二维材料器件
5.3.3二维材料器件制备工艺
5.3.4总结与展望
参考文献

主要符号表
缩略语

前言/序言

  1947年年底第一只晶体管诞生,标志一场新的电子革命的开始。1949年提出的PN结理论和双极晶体管模型,1952年相继提出的结型场效应晶体管理论和可控硅基本模型奠定了现代固态微波功率管和电力电子器件发展的基础。20世纪50年代初到50年代末研制的锗合金功率管的最高工作频率达到超短波频率,但未进入分米波。50年代末诞生的硅晶闸管(SiliconControlledRectifier,SCR)标志着第一代电力电子器件开始发展,SCR属于半控型器件,不具备自关断能力,且工作频率一般低于400Hz。60年代中期,硅平面晶体管在微米级基区宽度和几微米发射极条宽的技术突破,使Si双极晶体管的频率特性大幅度提高而发展成微波晶体管。在70年代到90年代后期,Si微波功率晶体管在P、L、S波段有了长足进步,推动了第一代无源相控阵雷达的发射机固态化和第二代有源相控阵雷达的发射/接收器(Transmitter/Receiver,T/R)功率放大的发展。70年代硅平面工艺的进步也推动了第二代电力电子器件——自关断全控型器件的诞生,其代表为栅极可关断晶闸管(GateTum-OffThyrisor,GTO)、电力双极型晶体管(GiantTransistor,GTR)、电力金属氧化物半导体场效应晶体管(PowerMetalOxideSemiconductorField-EffectTransistor,PoweMOSFET).
  在Si半导体材料大发展的同时,在20世纪70年代初一种新型的半导体材料GaAs获得突破,GaAs中电子迁移率和峰值饱和速度分别是Si中电子的6倍、2倍,导致GaAsMESFET微波功率管的诞生,其比Si双极晶体管具有更高的工作频率和增益,可将固态器件技术向微波高端推进并开创了微波单片集成电路(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit,MMIC)的新发展。80年代初,分子束外延(MolecularBeamEpitaxy,MBE)和金属有机物化学气相沉积(MetalOrganicChemicalVapourDeposition,MOCVD)等先进技术的发展,使得人们可以在原子尺度上制备GaAs、InP和合金超薄层,超晶格和异质结由理想、设想转化为实际物理结构,新型材料和新型器件层出不穷,如高电子迁移率晶体管(HighElec-tronMobilityTransistor.HEMT)、赝配晶格HEMT(PseudomorphicHighElectronMobilityTransistor,PHEMT)、异质结双极晶体管(HeterojunctionBipolarTransistor,HBT)等,把固态器件技术进一步推向微波毫米波单片集成电路(Micro-waveMillimeterwaveMonolithicIntegratedCircuit,MIMIC)的新阶段。MMICT/R模块推动了第三代相控阵雷达——MMIC有源相控雷达的发展,其波段覆盖了S、C、X、Ku、8mm和3mm波段。目前GaAs材料在高压器件方面和Si比较优势不明显;到80年代初基于Si材料的,兼顾功率MOS的高速和GTR的低通态压降两者优势的绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)问世,标志第三代电力电子器件时代的开始。复合型场控半导体器件为第三代电力电子器件的主力军。IGBT是当代电力电子技术的核心技术,且是中、高功率领域的首选器件。Si固态开关功率器件的发展对固态雷达发射机分布式开关功率源和真空电子管雷达发射机的全固态脉冲调制源的升级的发展起了关键作用。

其他推荐