课题基金 / 基金详情

基于氧化镓材料特性的高效大功率整流芯片的研究

批准号:
62101367
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王策
依托单位:
学科分类:
电磁场与波
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王策

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微波无线能源传输技术在空间发电站、无线传感网络等方面具有很广泛的应用前景,其中微波整流是其技术的关键。目前,整流天线大多基于现有的硅、砷化镓、氮化镓等材料的整流芯片,存在高频时转化效率低的问题。本项目基于申请人在京都大学团队利用砷化镓材料实现2.45GHz世界最高效率的工作经验上,首次利用新型氧化镓材料,其有高于氮化镓的极宽带隙,并承载大功率输入;在高频特性方面,氧化镓具有与砷化镓相同的空穴迁移率,能够实现高效大功率的整流芯片。但氧化镓材料有着低于硅材料的热传导系数的问题,利用肖特基接触散热的双层散热方式,实现高效大功率的氧化镓整流芯片的研究。研究内容包含(1)基于氧化镓材料的肖特基接触双层散热二极管整流芯片的研究(2) 测量新型氧化镓肖特基整流芯片的模型(3)设计整流天线对其芯片性能进行验证。该项目的研究为无线能量传输提供新的理论指导和技术支撑,能够加速实现高效大功率应用。
英文摘要
Microwave wireless power transfer technology has a very wide application prospect in space solar power stations, wireless sensor networks, etc, and microwave rectifier is the key of the technology. At present, the rectennas are based on the existing silicon, GaAs and GaN materials rectifier chip, which has low conversion efficiency at high frequency. This project is based on the applicant's work experience to achieve the world's highest efficiency of 2.45GHz using GaAs rectifier chip in Kyoto University team, and adopt a new semiconductor material Ga2O3 initially, it possesses an extreme wideband gap higher than GaN and can rectify high power; In high frequency characteristics, Ga2O3 has the same hole mobility as GaAs, which can realize high efficiency and high power rectifier chips. .However, Ga2O3 material possesses a lower thermal conductivity than silicon, we adopt Schottky contact double-layer heat dissipation construction and achieve high efficiency and high power Ga2O3 rectifier chip research. The research contents include: .(1) Research on Schottky contact double-layer heat dissipation diode rectifier chip based on β- Ga2O3; .(2) We measure the new β-Ga2O3 Schottky rectifier chip SPICE model, based on the model to design the rectenna..(3) Used the rectifier circuit, verify the performance of the chip..The research of this project will provide new theoretical guidance and technical support for the wide application of wireless power transfer technolgy, and accelerate the realization in the integration, high efficiency, high power of the practical application.
氧化镓(Ga₂O₃)作为第四代半导体材料,在未来信息技术、新能源技术等领域至关重要,其发展关乎国家科技实力与竞争优势,备受全球关注。在研究计划执行方面,2022 年主要收集文献、分析器件技术进展,研究 Ga₂O₃材料特性并建立数学模型,发现其电子迁移率低限制在微波频段应用,需创新器件结构;2023 年结合材料设计整流芯片,进行热平衡计算、代加工及参数测定,创新性地将 Ga₂O₃作为帽层应用于 AlGaN/GaN 异质结肖特基器件,大幅提升击穿耐压;2024 年基于前期成果设计整流天线,委托加工并测试,结果显示采用 Ga₂O₃帽层的整流天线性能优势明显,实现了高效率整流器模块设计。研究目标完成情况良好,搭建了整流电路及测试系统,对比了普通 GaN 异质结与 Ga₂O₃帽层 GaN 异质结器件的整流效率。主要研究内容上,在 Ga₂O₃晶圆制备及外延生长技术方面,掌握多种晶体生长方法和外延技术;在超低接触电阻 Rc 的器件结构与工艺上,改进蚀刻工艺降低接触电阻,通过叠加 Ga₂O₃帽层提升器件耐压性能,采用 Ga₂O₃帽层的 SBD 器件击穿电压提升超 1 倍;在氧化镓与氮化镓器件直接键合超小型化器件集成 SiP 封装技术上,建立微波能量转化器件损耗模型,采用灰狼算法提取模型参数,设计并测试微波整流器,验证了基于灰狼算法的参数拟合方法的高效性,为高效整流电路构筑提供支持。
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