电子与封装

2023年第23卷第1期 pp.010100

陈万军. “宽禁带功率半导体器件”前言[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10100-.

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GaN基互补型逻辑电路的研究进展及挑战^*

张彤;刘树强;何亮;成绍恒;李柳暗;敖金平

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0001

摘要 ( 370 )

PDF(9995KB) ( 276 )

氮化镓（GaN）基异质结场效应晶体管具有工作频率高、导通损耗低等优点，已经开始广泛应用在多种高频、高效功率转换器中。为了充分发挥GaN功率器件的潜能，需要将功率开关器件和控制器、驱动等外围电路进行全GaN单片集成以减少寄生参数。互补型逻辑电路是实现集成的关键元电路之一，但其研究起步较晚。介绍了n沟道和p沟道GaN增强型器件的制备方案及互补逻辑电路的研究进展。从电学性能匹配性及稳定性出发探讨了现有互补型逻辑电路面临的关键科学问题，可以为GaN基互补型逻辑电路的研究提供参考。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010101

张彤;刘树强;何亮;成绍恒;李柳暗;敖金平. GaN基互补型逻辑电路的研究进展及挑战^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10101-.

ZHANG Tong, LIU Shuqiang, HE Liang, CHENG Shaoheng, LI Liu’an, AO Jinping. Research Progress and Challenges of GaN-BasedComplementary Logic Circuits[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10101-.

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面向下一代GaN功率技术的超薄势垒AlGaN/GaN异质结功率器件^*

黄森, 张寒, 郭富强, 王鑫华, 蒋其梦, 魏珂, 刘新宇

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0021

摘要 ( 289 )

PDF(9716KB) ( 275 )

AlGaN/GaN异质结型功率电子器件具有高工作温度、高击穿电压、高电子迁移率等优点，在推动下一代功率器件小型化、智能化等方面具有很大的材料和系统优势。从5种实现增强型GaN基功率电子器件的方法入手，重点介绍了采用超薄势垒AlGaN(小于6 nm)/GaN异质结实现无需刻蚀AlGaN势垒层的GaN基增强型器件的物理机理和实现方法。同时介绍了在超薄势垒AlGaN/GaN异质结构上实现增强型/耗尽型绝缘栅高电子迁移率晶体管单片集成的研究进展，进一步论证了在大尺寸Si基AlGaN/GaN超薄势垒平台上同片集成射频功率放大器、整流二极管、功率三极管等器件的可行性，为Si基GaN射频器件、功率器件、驱动和控制电路的单片集成奠定了技术基础。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010102

黄森, 张寒, 郭富强, 王鑫华, 蒋其梦, 魏珂, 刘新宇. 面向下一代GaN功率技术的超薄势垒AlGaN/GaN异质结功率器件^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10102-.

HUANG Sen, ZHANG Han, GUO Fuqiang, WANG Xinhua, JIANG Qimeng, WEI Ke, LIU Xinyu. Ultrathin-BarrierAlGaN/GaN Heterostructure Based Power Devices Towards Next-Generation GaN PowerTechnology[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10102-.

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GaN HEMT及GaN栅驱动电路在DToF激光雷达中的应用^*

秦尧;明鑫;叶自凯;庄春旺;张波

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0022

摘要 ( 320 )

PDF(3467KB) ( 237 )

DToF（Direct Time-of-Flight）激光雷达通过直接测量激光的飞行时间完成距离测量和地图成像，应用于自动驾驶的DToF激光雷达需要具备更高的分辨率和更宽的检测范围。GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）相对于传统Si基功率MOSFET的优异特性使其非常适合应用于自动驾驶中的DToF激光雷达，而GaN HEMT性能的发挥依赖于高速、高驱动能力和高可靠性的GaN栅驱动电路。针对自动驾驶应用中的DToF激光雷达系统，从系统电路到核心元器件，分析了激光二极管驱动电路面临的设计挑战，GaN HEMT的优势以及GaN栅驱动电路面临的设计挑战，并介绍了适合该应用的GaN栅驱动电路。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010103

秦尧;明鑫;叶自凯;庄春旺;张波. GaN HEMT及GaN栅驱动电路在DToF激光雷达中的应用^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10103-.

QIN Yao, MING Xin, YE Zikai, ZHUANG Chunwang, ZHANG Bo. Application of GaN HEMT and GaN Gate Driver Circuit inDirect Time-of-Flight Lidar[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10103-.

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微波等离子体化学气相沉积法制备大尺寸单晶金刚石的研究进展^*

牟草源;李根壮;谢文良;王启亮;吕宪义;李柳暗;邹广田

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0023

摘要 ( 1741 )

PDF(6300KB) ( 488 )

金刚石作为一种超宽禁带半导体，是下一代功率电子器件和光电子器件最有潜力的材料之一。然而，高品质、大面积（大于2英寸）单晶衬底的制备仍是金刚石器件产业应用亟待解决的问题。介绍了目前受到广泛关注的微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）获得大尺寸金刚石单晶衬底的技术方案，即单颗金刚石生长、拼接生长以及异质外延生长。综述了大尺寸单晶金刚石外延生长及其在电子器件领域应用的研究进展。总结了大尺寸单晶金刚石制备过程中面临的挑战并提出了潜在的解决方案。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010104

牟草源;李根壮;谢文良;王启亮;吕宪义;李柳暗;邹广田. 微波等离子体化学气相沉积法制备大尺寸单晶金刚石的研究进展^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10104-.

MU Caoyuan, LI Genzhuang, XIE Wenliang, WANG Qiliang, LYU Xianyi, LI Liu’an, ZOU Guangtian. Research Progress in Preparation of Large Size Single Crystal Diamond byMicrowave Plasma Chemical Vapor Deposition[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10104-.

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GaN垂直结构器件结终端设计^*

徐嘉悦;王茂俊;魏进;解冰;郝一龙;沈波

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0034

摘要 ( 309 )

PDF(4664KB) ( 467 )

得益于优异的材料性能，基于宽禁带半导体氮化镓（GaN）的功率电子器件得到广泛关注。与横向的高电子迁移率晶体管（HEMT）结构相比，垂直结构的GaN功率器件更易于实现高耐压和大电流，且其不被表面陷阱态影响，性能较为稳定，有望进一步拓展在中高压领域的应用。在垂直器件中，一个重要的设计是利用结终端来扩展器件内部电场的分布，减轻或消除结边缘的电场集聚效应，防止功率器件的过早击穿。结合GaN垂直结构肖特基二极管（SBD）以及PN结二极管（PND），回顾了常用的结终端设计方法和工艺技术，对各自的优缺点进行了总结。此外，GaN的材料性能与传统硅（Si）以及碳化硅（SiC）材料存在较大差异，讨论了其对结终端设计和制备的影响。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010105

徐嘉悦;王茂俊;魏进;解冰;郝一龙;沈波. GaN垂直结构器件结终端设计^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10105-.

XU Jiayue, WANG Maojun, WEI Jin, XIE Bing, HAO Yilong, SHEN Bo. Junction Terminal Design for GaN Vertical Structure Devices[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10105-.

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微波氮化镓肖特基二极管及其应用^*

李秋璇, 李杨, 王霄, 陈治伟, 敖金平

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0035

摘要 ( 489 )

PDF(9632KB) ( 289 )

氮化镓肖特基二极管（GaN SBD）因其击穿电压高、导通电阻小、电容小，被广泛应用于微波、毫米波电路。然而，微波、毫米波频段的GaN SBD仍然存在诸多不足，如开启电压较高，漏电过大等。汇总、分析了若干种类的GaN SBD，并阐述了多种改善二极管关键参数的方法和技术。罗列了近年来基于GaN SBD的微波、毫米波整流电路和倍频电路，并讨论其电性能与二极管关键参数的关系，对GaN SBD未来的发展方向进行了展望。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010106

李秋璇, 李杨, 王霄, 陈治伟, 敖金平. 微波氮化镓肖特基二极管及其应用^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10106-.

LI Qiuxuan, LI Yang, WANG Xiao, CHEN Zhiwei, AO Jinping. Microwave GaN Schottky Diode and Its Application[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10106-.

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氧化镓材料与功率器件的研究进展

何云龙;洪悦华;王羲琛;章舟宁;张方;李园;陆小力;郑雪峰;马晓华

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0036

摘要 ( 2415 )

PDF(9650KB) ( 750 )

氧化镓（Ga₂O₃）以其禁带宽度大、击穿场强高、抗辐射能力强等优势，有望成为未来半导体电力电子领域的主力军。相比于目前常见的宽禁带半导体SiC和GaN，Ga₂O₃的Baliga品质因数更大、预期生长成本更低，在高压、大功率、高效率、小体积电子器件方面更具潜力。对Ga₂O₃外延材料、功率二极管和功率晶体管的国内外最新研究进行了概括总结，展望了Ga₂O₃在未来的应用与发展前景。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010107

何云龙;洪悦华;王羲琛;章舟宁;张方;李园;陆小力;郑雪峰;马晓华. 氧化镓材料与功率器件的研究进展[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10107-.

HE Yunlong, HONG Yuehua, WANG Xichen,ZHANG Zhouning, ZHANG Fang, LI Yuan, LU Xiaoli, ZHENG Xuefeng,MA Xiaohua. Progress of Gallium Oxide Materials and Power Devices[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10107-.

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GaN基增强型HEMT器件的研究进展^*

黄火林;孙楠

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0046

摘要 ( 2089 )

PDF(3921KB) ( 570 )

随着电力转换系统的功率密度和工作频率不断提高，需要开发性能优于传统半导体的功率器件。作为第三代半导体材料的典型代表，氮化镓（GaN）被认为是提高大功率电力系统转换效率的新一代功率器件的主要候选材料。在操作类型方面，增强型（也称为常关型）器件具有安全、能简化电路设计以及更优的电路拓扑设计等优势，在行业应用中更具吸引力。总结并对比了目前国际上主流的GaN基增强型器件的结构和制备工艺，着重介绍了基于栅凹槽结构的功率器件技术，特别是栅槽刻蚀后的界面处理、栅介质层的优化技术。围绕器件的关键指标，总结了材料外延结构、欧姆接触、场板以及钝化工艺对器件性能的影响，提出了未来可能的技术方案。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010108

黄火林;孙楠. GaN基增强型HEMT器件的研究进展^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10108-.

HUANG Huolin, SUN Nan. Research Progressof GaN-Based Enhanced HEMT Devices[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10108-.

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宽禁带半导体碳化硅IGBT器件研究进展与前瞻^*

张峰, 张国良

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0047

摘要 ( 1604 )

PDF(8807KB) ( 544 )

碳化硅（SiC）宽禁带半导体材料是目前电力电子领域发展最快的半导体材料之一。绝缘栅双极晶体管（IGBT）是全控型的复合器件，具有工作频率高、开关损耗低、电流密度大等优点，是高压大功率变换器中的关键器件之一。但SiC IGBT存在导通电阻高、关断损耗大等缺点。针对上述挑战，对国内外现有的新型SiC IGBT结构进行了总结。分析了现有的结构特点，结合新能源电力系统的发展趋势，对SiC IGBT的结构改进进行了归纳和展望。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010109

张峰, 张国良. 宽禁带半导体碳化硅IGBT器件研究进展与前瞻^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10109-.

ZHANG Feng, ZHANG Guoliang. Research Progress and Prospect of Wide-Band-gapSemiconductor Silicon Carbide IGBT[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10109-.

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亚稳相Ga₂O₃异质外延的研究进展

汪正鹏, 叶建东, 郝景刚, 张贻俊, 况悦, 巩贺贺, 任芳芳, 顾书林, 张荣

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0048

摘要 ( 305 )

PDF(11559KB) ( 243 )

作为一种新兴的超宽禁带半导体材料，氧化镓（Ga₂O₃）被认为是下一代高功率电力电子器件领域的战略性先进电子材料。相较于热稳定的β-Ga₂O₃，亚稳相Ga₂O₃表现出更为新颖的物理性质，逐渐受到关注。通过异质外延生长高质量的亚稳相Ga₂O₃单晶薄膜是实现亚稳相Ga₂O₃基功率电子、微波射频和深紫外光电信息感知器件的重要前提。重点阐述了亚稳相Ga₂O₃的晶体结构、电子能带结构以及相关物理性质，总结了近年来亚稳相Ga₂O₃异质外延和能带工程的研究进展，并对未来亚稳相Ga₂O₃材料和器件的发展趋势进行了展望。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010110

汪正鹏, 叶建东, 郝景刚, 张贻俊, 况悦, 巩贺贺, 任芳芳, 顾书林, 张荣. 亚稳相Ga₂O₃异质外延的研究进展[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10110-.

WANG Zhengpeng, YE Jiandong, HAO Jinggang, ZHANG Yijun, KUANG Yue, GONG Hehe, REN Fangfang, GU Shulin, ZHANG Rong. Advances in Heterogeneous Epitaxy ofMetastable Ga2O3[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10110-.

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高压SiC MOSFET研究现状与展望

孙培元;孙立杰;薛哲;佘晓亮;韩若麟;吴宇薇;王来利;张峰

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0049

摘要 ( 1732 )

PDF(7007KB) ( 765 )

碳化硅（SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）作为宽禁带半导体单极型功率器件，具有频率高、耐压高、效率高等优势，在高压应用领域需求广泛，具有巨大的研究价值。回顾了高压SiC MOSFET器件的发展历程和前沿技术进展，总结了进一步提高器件品质因数的元胞优化结构，介绍了针对高压器件的几种终端结构及其发展现状，对高压SiC MOSFET器件存在的瓶颈和挑战进行了讨论。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010111

孙培元;孙立杰;薛哲;佘晓亮;韩若麟;吴宇薇;王来利;张峰. 高压SiC MOSFET研究现状与展望[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10111-.

SUN Peiyuan, SUN Lijie, XUE Zhe, SHE Xiaoliang, HAN Ruolin, WU Yuwei, WANG Laili, ZHANG Feng. Status and Prospect of High-VoltageSiC MOSFET[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10111-.

电路与系统

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基于负载牵引的S波段130 W硅LDMOS功率放大器研制

鞠久贵;成爱强

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0002

摘要 ( 161 )

PDF(3585KB) ( 76 )

研制了具有高频高增益特性的硅LDMOS芯片，利用切比雪夫变换电路设计了5 Ω及10 Ω的2套负载牵引夹具。采用大功率负载牵引测试技术进行了阻抗提取，完成了功率管内匹配及预匹配电路的设计，设计出一款工作频带为2.7~3.1 GHz的LDMOS宽带功率放大器。测试结果表明，放大器在32 V工作电压、100 μs脉宽、10%占空比的工作条件下，输出功率大于130 W，增益超过12.5 dB，漏极效率达到46%以上。

参考文献 |

2023年第23卷第1期 pp.010301

鞠久贵;成爱强. 基于负载牵引的S波段130 W硅LDMOS功率放大器研制[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10301-.

JU Jiugui, CHENG Aiqiang. Design of an S-Band 130 W Silicon LDMOS Power Amplifier Based on Load-Pull[J]. Electronics & Packaging, 2023, 23(1): 10301-.

封装前沿报道

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三维结构石英透镜提高DUV-LED的发光效率

彭洋;陈明祥

摘要 ( 110 )

PDF(930KB) ( 125 )