超高压碳化硅光触发晶闸管关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51677149
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0706.电力电子学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

In view of the fact that the high-voltage silicon Light Triggered Thyristor (LTT) has approached the physical limitation of silicon material. In order to improve the sensitivity for the purpose of the realization of SiC LTT triggered by the UV LED light source basing on the characteristics of 4H-SiC material and the operating principles of LTT, A novel structure of SiC Ultra-high Voltage (UHV) LTT with multistage amplifying gates and the new composite junction termination which have combined circular-arc mesa structure with three-zone junction termination extension (JTE) modulated by charges is proposed. The theoretical analyses and experiments will be carried out in this study. In this project, the key models of physical and analysis will be established by considering parameters affecting the photoelectric characteristic and the temperature characteristic to investigate the operation mechanism and to optimize the device structure by means of numerical simulation, and thereby improve the theoretical research of operation mechanism of the device. The theoretical models of the effective charge-modulated for the UHV junction termination will be established and improved by investigating the process robustness of the new composite junction termination. A large number of the process experiments will be done to develop circular-arc mesa process technology and to optimize RIE etching technology and surface passivation technology. Then, the technological process, the layouts and photo-masks will be designed and produced respectively for tape-out and experimental verification of the operation mechanism of the device. Furthermore, the device process and implementation scheme will be verified and established by testing and analyzing of the device..In a word, Once succeeded, the research results of this project would provide the theoretical references and technical approach for the design, and manufacture and application of UHV SiC LTT for our country.
鉴于高压Si光触发晶闸管(LTT)的特性已逼近其材料的物理极限。本项目基于4H-SiC材料特性和LTT工作原理,以具有圆弧台面与电荷调制功能的3区JTE新型复合结构为结终端,以提高灵敏度,实现UV LED光源触发为目标,提出一种具有多级放大门极的超高压SiC LTT新结构。并拟从理论和实验两方面对其展开研究。具体包括建立影响光电特性、温度特性等关键物理参数及特性分析模型,基于数值仿真,对器件机理和器件结构进行分析与优化设计,完善器件工作机理的理论研究。研究新型复合结终端的工艺鲁棒性,建立并完善超高压结终端的有效电荷调制理论模型。通过工艺实验,开发SiC圆弧台面技术,优化RIE刻蚀和表面钝化工艺。设计工艺流程,制版并进行流片验证,通过测试分析,验证并完善超高压SiC LTT的理论,确立器件工艺实施方案。研究结果为我国超高压SiC LTT的设计、制造及应用提供理论指导和技术途径。

结项摘要

鉴于高压Si光触发晶闸管(LTT)的特性已逼近其材料的物理极限。本项目基于4H-SiC材料特性和LTT工作原理,以具有圆弧台面与电荷调制功能的多区JTE新型复合结构为结终端,以提高灵敏度,实现UV LED光源触发为目标,从理论和实验两方面对提出的具有放大门极的超高压SiC LTT新结构开展研究,为我国SiC LTT器件的发展提供了可行方案。. 本研究首先建立影响光电特性、温度特性的关键物理参数模型及特性分析模型。然后,分别对10KV SiC主晶闸管、放大门极、光触发晶闸管等单元的工作机理和结构开展了理论分析、建模和仿真研究。提出了低高低掺杂的短基区电控晶闸管新结构,使开通时间低至37ns;提出沟槽结隔离放大门极改进结构,缩小隔离区面积,完成了改进结构的耐压机理分析以及极隔离区钝化层界面电荷和辐照剂量对器件阻断特性的影响研究;提出了p-NiO/n-SiC结替代SiC pn同质结的新方案,解决了p型SiC受主不完全离化造成的SiC pn结空穴注入效率低的问题;针对LED弱光触发开通时间长的难点,提出空穴注入增强与空穴输运增强新技术,提高pnp耦合晶体管的增益,缩短弱光触发的开通时间,完善了超高压SiC LTT的工作机理。其次,研究了新型弧形台面的电荷调制JTE复合结终端的工艺鲁棒性,研究了钝化层界面电荷及γ辐照对终端耐压特性的影响,完善超高压结终端的有效电荷调制理论模型,建立了可靠的超高压LTT新型复合结终端结构设计方法,为今后超高压SiC器件的终端设计与优化提供了理论依据。最后设计了工艺流程,制版并进行了光触发晶闸管单元的流片,首次实现了双层n短基区SiC LTT的UV LED(100mW/cm2@365nm)光触发,开通延迟时间小于15μs。该项目的研究成果为我国超高压SiC LTT的设计与制造提供理论指导和技术途径,提升了我国在该领域的影响力。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(3)
专利数量(9)
Hole-transmission enhancement in 4H-silicon carbide light triggered thyristor for low loss
4H 碳化硅光触发晶闸管的空穴传输增强技术可实现低损耗
  • DOI:
    10.1088/1361-6641/abce8b
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Wang Xi;Pu Hongbin;Hu Jichao;Liu Qing;Chen Chunlan;Xu Bei
  • 通讯作者:
    Xu Bei
梯度掺杂对SiC LTT短基区少子输运增强研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电力电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王曦;蒲红斌;刘青;陈治明
  • 通讯作者:
    陈治明
SiC光触发晶闸管的研制与特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    电力电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王曦;蒲红斌;陈春兰;陈治明
  • 通讯作者:
    陈治明
4H-SiC double-layer thin n-base light triggered thyristor with a trenched-junction isolated amplifying gate
4H-SiC 双层薄型 n 基极光触发晶闸管,带沟槽结隔离放大栅极
  • DOI:
    10.1016/j.spmi.2018.09.004
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Superlattices and Microstructures
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Xi Wang;Hongbin Pu;Qing Liu;Liqi An
  • 通讯作者:
    Liqi An
Shortening turn-on delay of SiC light triggered thyristor by 7-shaped thin n-base doping profile
7字形薄n基掺杂剖面缩短SiC光触发晶闸管的开通延迟
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/27/10/108502
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Xi Wang;Hong Bin Pu;Qing Liu;Li Qi An
  • 通讯作者:
    Li Qi An

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其他文献

表面缺陷对SiC JBS二极管特性影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    电力电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡继超;蒲红斌;胡彦飞;陈治明
  • 通讯作者:
    陈治明
非均匀地应力下井壁Von Mises应力及稳定性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    石油地质与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李冬梅;窦益华;王小增;李明飞;蒲红斌
  • 通讯作者:
    蒲红斌
偏 4°4H-SiC 同质外延层上新形貌三角形缺陷研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    人工晶体学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡继超;王曦;贾仁需;蒲红斌;陈治明
  • 通讯作者:
    陈治明

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蒲红斌的其他基金

超快碳化硅电离波触发晶闸管的研究
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    2021
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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