Minqiang Liua · Xuqiang Liub · Guoping Xiaoa · Bobo Wanga 等12人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.226

摘要 研究了晶格匹配（LM）和正向失配（UMM）GaAs三结太阳能电池在1 MeV中子辐照下的输出性能。结果表明，随着中子辐照注量的增加，太阳能电池的电学性能严重退化，包括开路电压、短路电流、最大输出功率和填充因子均显著下降。同时，随着中子辐照注量的增加，太阳能电池的串联电阻增大，而并联电阻减小。当辐照注量达到6 × 10^12 n/cm²时，LM和UMM GaAs电池的最大输出功率退化程度相近，分别降至其初始值的72.9%和72.3%。通过比较积分电流密度发现，在LM电池中，电流限制子电池始终...

解读: 该研究揭示GaAs三结太阳能电池在中子辐照下的性能退化机理,对阳光电源光伏逆变器产品具有重要参考价值。研究发现辐照导致电池开路电压、短路电流下降及串并联电阻变化,这要求SG系列逆变器的MPPT算法需具备更强的弱光追踪能力和宽电压适应范围。特别是限流子电池在高辐照后发生转变的现象,启示我们在航天、极端...

Ying Ji · Linna Zhao · Shilong Yang · Cunli Lu 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.226

本文通过在栅源电压（VGS,OFF/VGS,ON）分别为−4/+15 V、−4/+19 V和0/+19 V条件下进行重复短路（RSC）测试，研究了1.2 kV 4H-SiC MOSFET的退化行为。结合实验与仿真结果发现，在雪崩过程中栅氧化层中捕获的电子或空穴是导致静态参数退化的主要机制。在VGS,OFF/VGS,ON = −4/+19 V条件下，经过240次短路（SC）测试后，阈值电压VTH和导通电阻RDS,ON分别增加了0.4 V和3.0 mΩ；在0/+19 V条件下分别增加了0.45 V和...

解读: 该研究揭示SiC MOSFET短路退化机理对阳光电源ST系列储能变流器和SG光伏逆变器至关重要。栅极氧化层电荷陷阱导致阈值电压漂移和导通电阻增加，直接影响功率器件可靠性。研究发现负偏压门极驱动(-4V)可显著改善短路耐受性，为PowerTitan储能系统和充电桩产品的SiC驱动电路优化提供依据。建议...

Bruno G.Canales · Bruno C.S.Sanches · Joao Antonio Martino · Eddy Simoen 等7人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.227

摘要 本文研究了MISHEMT器件（金属/氮化硅/AlGaN/AlN/GaN—金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管）的多个导电沟道对其基本直流（DC）和射频（RF）性能参数的影响。尽管大多数研究者将二维电子气（2DEG）沟道视为MISHEMT的主要导电通道，但本文表明，在某些器件中，其MOS沟道对不同射频参数的贡献至关重要。这一独特特性使得MISHEMT的射频参数同时依赖于栅源电压V_GS和漏源电压V_DS。2DEG沟道的最大可用增益（MAG）为15 d...

解读: 该MISHEMT双通道GaN器件研究对阳光电源功率器件应用具有重要价值。其MOS通道与2DEG通道协同工作可在宽VGS和VDS范围内保持高fT/fmax,MAG增益提升23dB,特别适用于SG系列逆变器和充电桩的高频开关应用。双通道特性可优化阳光三电平拓扑中GaN器件的动态性能,在宽负载范围保持高效...

Chaobiao Lin · Ling Hong · Ding Wu · Na Ren 等5人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.227

本文对1.2-kV平面碳化硅（SiC）MOSFET进行了重复非钳位感性开关（UIS）应力实验，施加了不同的关断态栅极电压偏置（Vgs-off = 0 V/−5 V/−10 V），并观察了不同条件下导通电阻（Ron）和阈值电压（Vth）的演变情况。研究发现，在Vgs-off为−5 V和−10 V的条件下，Ron增大，Vth发生负向漂移。为探究Ron退化机制，开展了失效分析。扫描电子束观测结果证实，在UIS应力过程中，芯片上表面发生了铝（Al）熔融现象。关于Vth漂移，将器件所承受的重复UIS应力解...

解读: 该研究揭示SiC MOSFET在UIS应力下的阈值电压漂移机制，对阳光电源ST系列储能变流器和SG光伏逆变器的可靠性设计具有重要指导意义。研究发现负栅压会加剧热空穴注入导致阈值负漂，建议在PowerTitan等大功率储能系统中优化关断时栅极驱动策略，采用0V或小负压关断以延长SiC器件寿命。同时可结...

Haowen Guo · Wenbo Ye · Junmin Zhou · Yitian Gu 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.227

摘要 本研究探讨了GaN双栅高电子迁移率晶体管（HEMT）在射频线性度方面的性能，重点分析其双音互调特性。采用双栅结构旨在通过降低反馈电容来改善线性度性能，反馈电容降至41.8 fF/mm，与传统的单栅HEMT相比降低了73%。该双栅器件在2.1 GHz频率下实现了23.5 dB的小信号增益，且该增益不随直流栅极偏置电压V_B的变化而改变。通过提高V_B可有效抑制互调失真，在漏极电压为20 V、V_B为3 V时，器件的输出三阶交调截点（OIP3）达到最高的30.1 dBm。此外，在V_DS为5 ...

解读: 该双栅极GaN HEMT技术通过降低73%反馈电容实现OIP3达30.1dBm的高线性度,对阳光电源功率器件应用具有重要价值。可应用于SG系列逆变器的GaN功率模块设计,降低谐波失真提升并网电能质量;适用于充电桩高频开关电源,减少EMI干扰;在ST储能变流器三电平拓扑中,双栅极结构可优化GaN器件开...

Shun Li · Hongliang Lu · Jing Qiao · Ruxue Yao 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.227

摘要 漂移区长度的调整增强了横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管（LDMOSFET）在击穿电压和导通电阻等特性设计上的灵活性。然而，其对器件总电离剂量（TID）效应的影响不可忽视。本文研究了两种不同漂移区长度的N沟道LDMOSFET（NLDMOSFET）在经历TID辐照后，阈值电压（Vth）、跨导（gm）、漏极电流（Id）和导通电阻（Ron）的变化情况。研究发现，两种器件在辐照后的Vth和gm偏移几乎相同，而Id和Ron的偏移则表现出明显差异。通过技术计算机辅助设计（TCAD）方法，讨论了栅氧化...

解读: 该LDMOSFET漂移区抗辐照研究对阳光电源车载OBC和电机驱动产品具有重要参考价值。研究揭示长漂移区虽提升耐压和导通特性,但加剧总剂量辐照效应导致阈值电压漂移和导通电阻退化。这为SG系列逆变器和EV驱动系统中的功率MOSFET选型提供设计依据:在高海拔光伏电站、航天储能等辐射环境应用中,需在击穿电...

Kaushik Shivanand Powar · Venkata Komalesh Tadepalli · Vaidehi Vijay Painter · Raphael Sommet 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.227

摘要 本文采用TCAD仿真方法，报道了在碳化硅（SiC）、硅（Si）和蓝宝石衬底上的AlGaN/GaN和InAlN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的最大、有效和平均热阻（RTH）。在验证了仿真的I-V特性之后，通过自加热（SH）引起的沟道温度升高（ΔT）随耗散功率（PD）变化的关系曲线提取热阻RTH。最大热阻（RTHmax）决定了HEMT在较高功耗下的可靠性，因此提取了沟道峰值温度（Tmax）。将仿真的ΔTmax-PD曲线与文献中每种HEMT结构的结果进行了比较。所估算的RTHmax与已...

解读: 该GaN HEMT热阻分析技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示SiC基底GaN器件具有最优热管理性能,可指导SG系列光伏逆变器和ST储能PCS的功率模块设计优化。通过精确区分最大、有效和平均热阻,能提升三电平拓扑中GaN/SiC器件的可靠性评估精度,优化散热设计裕量。该TCAD仿真方法可...

Shuhan Wang · Zheng Zhou · Zili Tang · Jinghan Xu 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.227

高效且精确的变异建模是电路评估中的关键环节，能够复现半导体器件的实际电学行为。传统的变异建模通常包含两个步骤：首先对基本电学特性进行紧凑建模，然后对MOSFET制造过程中引入的变异源（主要是结构参数和掺杂参数）进行子模型建模。这一冗长的过程导致器件生产与快速电路分析之间存在脱节。为了提高建模效率，本文提出了一种基于机器学习的一次性包含变异的紧凑建模方法。该方法利用条件变分自编码器（cVAE），直接构建包含变异的电流响应，无需单独的子模型建模步骤，因为cVAE模型能够自动提取变异源。通过与基于BS...

解读: 该基于条件变分自编码器的一步式变异建模技术对阳光电源SiC/GaN功率器件开发具有重要价值。传统MOSFET工艺变异建模需分步进行紧凑建模和子模型构建,周期长。该方法可直接生成含工艺变异的I-V特性曲线,显著缩短ST系列PCS和SG逆变器中功率器件的SPICE仿真建模周期。特别适用于三电平拓扑中Si...

Pranav Achary · Vihar Georgie · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.228

摘要 本文研究了具有界面粗糙度（IR）的共振隧穿二极管（RTD）作为物理不可克隆功能（PUF）组件的潜力。将具有IR的RTD与无IR的“平滑”器件进行比较，结果表明，共振峰电流与谷电流Ir/Iv之间的峰值-谷值电流比（PVCR）以及电流均有所降低。此外，IR导致电流-电压（IV）特性中负微分电阻区域（NDR）向更高偏压方向移动。这种扰动源于IR实际上增厚了势垒，从而压缩了量子阱（QW）宽度，并提高了量子阱的基态能量。针对由25个随机生成的具有IR的RTD组成的批次，改变其相关长度LC和粗糙度起伏...

解读: 该共振隧穿二极管界面粗糙度研究对阳光电源SiC/GaN功率器件开发具有启示意义。文中界面粗糙度导致的势垒增厚、量子阱窄化现象,类似于SiC器件中界面缺陷对载流子输运的影响。其峰谷电流比(PVCR)退化机理可指导ST系列储能变流器和SG逆变器中SiC MOSFET的界面质量控制。虽然PUF物理不可克隆...

Eduardo Canga Panzo · Nilton Graziano · Eddy Simoen · Maria Glória Caño de Andr · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.228

摘要 本研究探讨了源漏串联电阻（RSD）对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的影响。首先，分析了RSD在具有不同几何结构（栅长和栅宽；Lg和W）的器件中的作用，以及在尺寸相同但采用不同栅金属制备工艺制造的器件中的差异。随后，评估了RSD对若干关键电学参数的影响，包括载流子迁移率（μn）、有效迁移率（μeff）、场效应迁移率（μFE）、漏极电流（Id）、输出电导（gd）、跨导（gm）、阈值电压（VT）以及亚阈值斜率（S）。结果表明，RSD在栅长Lg较小、栅宽W较大的晶体管中趋于降低...

解读: 该GaN HEMT源漏串联电阻研究对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示降低RSD可显著提升载流子迁移率、跨导和漏极电流,同时优化阈值电压,这直接指导我们SG系列光伏逆变器和ST储能变流器中GaN器件的选型与优化。通过优化栅极金属工艺和沟道几何结构降低RSD,可提升三电平拓扑开关性能,降低导通...

Kartikay Mani Tripathi · Madhav Pathak · Sanjeev Manhas · Anand Bulusu · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.228

摘要 本文提出一种自适应体偏置（ABB）技术，用于在负载电流需求发生阶跃增加时改善数字低压差稳压器（DLDO）的瞬态响应性能。所提出的ABB技术能够检测输出电压的下冲，并动态调节DLDO开关阵列中pMOSFET的体偏置电压，从而降低其阈值电压，提升电流供给能力，以更好地满足瞬态负载需求。在28 nm FDSOI（RVT）工艺下设计并仿真的集成ABB技术的DLDO结果显示，与未采用ABB技术的DLDO相比，峰值输出电压下冲和恢复时间分别减少了21.23%和41.13%。为验证该方法在体硅CMOS工...

解读: 该自适应体偏置DLDO技术对阳光电源电动汽车驱动系统和储能变流器具有重要应用价值。在ST系列PCS和车载OBC充电机中,负载瞬态响应直接影响系统稳定性。该技术通过动态调节体偏置降低阈值电压,可使电压下冲减少21%、恢复时间缩短41%,有效提升SiC/GaN功率器件驱动电路的瞬态性能。可应用于Powe...

Xin Huang · Yintong Zhang · Zhaozhao Xu · Ziquan Fang 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.228

摘要 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件的持续微缩加剧了短沟道效应（SCEs），例如热载流子注入（HCI）和阈值电压滚降，从而损害了器件的电学性能。尽管轻掺杂漏（LDD）工艺在现代CMOS制造中被广泛采用，但传统方法在先进工艺节点下难以维持良好的性能表现。本研究提出了一种新颖的高能量LDD技术，能够在不引入额外制造复杂性的前提下克服上述限制。通过严格的TCAD仿真验证，所提出的工艺展现出增强的器件稳定性以及改善的电学特性，包括更低的击穿电压波动、更优的阈值电压控制能力，以及更高的开...

解读: 该高压CMOS器件技术对阳光电源功率半导体应用具有重要参考价值。先进的LDD工艺可提升SiC/GaN驱动芯片的耐压特性和开关性能,直接优化ST系列PCS和SG系列逆变器中的功率器件可靠性。改进的短沟道效应控制技术可降低三电平拓扑中IGBT驱动电路的热载流子注入风险,提升1500V高压系统长期稳定性。...

Flavio Enrico Bergamaschi · Jefferson Almeida Matos · Jaime Calçade Rodrigues · Giovanni Almeida Matos 等9人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.229

摘要 本文采用栅极电阻测温技术，对体硅绝缘层（SOI）纳米线MOSFET在300 K至4.2 K环境温度范围内的自加热效应进行了实验评估。提取了器件沟道区域的温度升高值，并获得了微分热阻，将其作为器件温度的函数进行绘图分析。尽管单根纳米线耗散的功率较低，但随着工作温度的降低，沟道区域的温升从室温下的约6 K增加至低温下的53 K。与宽沟道器件相比，纳米线器件的热阻显著更低；然而，这两类晶体管在极低器件温度下均表现出微分热阻的急剧上升。

解读: 该SOI纳米线MOSFET自热效应研究对阳光电源SiC功率器件应用具有重要参考价值。研究揭示低温环境下热阻急剧增加现象,这对ST系列储能变流器和SG逆变器在高海拔、极寒地区部署至关重要。纳米线结构展现的更低热阻特性,可指导PowerTitan系统中SiC器件的散热设计优化,特别是三电平拓扑中开关器件...

Sourabh Panwar · Kummari Kesav · Shobhit Srivastav · Shashidhara Mac 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.229

摘要 本文针对基于n型III-V族材料（InGaAs、InP、GaAsSb）的线型隧穿场效应晶体管（L-TFET），对其外延层掺杂浓度、厚度（N_epi、T_epi）以及栅极重叠长度（L_ov）等参数进行了优化。采用III-V族材料的L-TFET能够实现高开启电流、陡峭的亚阈值斜率以及更低的功耗。这种器件性能的提升主要归因于III-V族材料较小的带隙特性。优化后的L_ov、N_epi和T<sub>...

解读: 该III-V族隧道场效应晶体管技术对阳光电源功率器件研发具有前瞻价值。其超陡亚阈值摆幅和高开关电流比特性可启发ST系列PCS和SG逆变器中的低功耗开关器件设计。异质结优化方法论可应用于SiC/GaN器件的栅极重叠长度和外延层参数调优,降低开关损耗。逆变器电路层级的器件-电路协同优化思路,对三电平拓扑...

Jinyi Wang · Yian Yin · Qiao Sun · Chunxiao Zhao 等9人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.229

摘要 全氮化镓（All-GaN）级联器件已被证明比独立的增强型（E-mode）器件具有更高的开关速度。然而，在器件的开关过程中，其击穿电压会显著下降，这将大大降低器件的可靠性，尤其是在存在电压过冲的情况下。本文提出了一种集成平面平行电容器结构的全氮化镓级联结构，并将开关过程中的击穿电压定义为动态击穿电压。测试结果表明，与传统结构相比，该结构的动态击穿电压从497 V提高到639 V。此外，搭建了双脉冲测试电路，用于在不同条件下测试全氮化镓级联器件的开关性能，结果证明，全氮化镓级联器件的串联结构能...

解读: 该全氮化镓级联器件技术对阳光电源功率变换系统具有重要价值。集成平面电容结构将动态击穿电压提升至639V，可显著提升ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器在高频开关工况下的可靠性。其高速开关特性与阳光电源三电平拓扑技术协同，可优化1500V系统的开关损耗和EMI性能。该技术在充电桩OBC和电机驱动等高...

Dongbin Kima · Jongsu Baeka · Yoonho Choia · Junghun Kimb 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.229

摘要：在本研究中，我们展示了一种通过自对准氮（SA-N2）等离子体处理NiO/β-Ga2O3异质结二极管实现的新型掺杂工艺。经SA-N2等离子体处理后的异质结二极管，其击穿电压从1080 V提高至1731 V，同时保持了超过10^11的高开关电流比（ION/IOFF），并实现了降低的比导通电阻（Ron,sp）。研究发现，SA-N2等离子体处理在阳极周围的β-Ga2O3中形成一个具有电阻特性的区域，起到浅层保护环的作用。此外，确认了掺杂的氮在NiO中充当浅受主，而在β-Ga2O3中则充当深能级受主...

解读: 该NiO/β-Ga2O3异质结氮掺杂技术对阳光电源功率器件研发具有重要参考价值。其通过等离子体处理实现耐压提升60%至1731V,同时降低导通电阻,与阳光电源ST系列储能变流器及SG光伏逆变器中的宽禁带器件应用方向高度契合。该自对准掺杂工艺可为公司下一代SiC/GaN器件的边缘终端优化提供新思路,有...

Hong Zhang · Chao Penga · Teng Maa · Zhan-Gang Zhang 等7人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.229

采用205 MeV的Ge离子和283 MeV的I离子辐照实验与模拟方法，分析了碳化硅（SiC）二极管的单粒子漏电电流（SELC）及单粒子烧毁（SEB）机制。在两种选定重离子辐照条件下，伴随SEB现象的发生，产生了安培量级的脉冲电流。微观分析发现，SEB损伤区域覆盖阳极金属、外延层和衬底，导致器件正向和反向电学特性的破坏。当器件在200 V和300 V反向偏压下经受205 MeV Ge离子、注量为5 × 10^6 n·cm^−2的辐照后，其击穿电压分别退化了70%和82%。SELC器件的阳极接触处...

解读: 该SiC二极管重离子辐照失效机理研究对阳光电源功率器件可靠性设计具有重要参考价值。研究揭示的单粒子烧毁(SEB)机制和阳极接触失效模式,可指导ST系列储能变流器、SG光伏逆变器及电动汽车驱动系统中SiC器件的热管理优化和抗辐照加固设计。特别是阳极金属-外延层界面的温度应力分析,可用于改进三电平拓扑中...

Hao-En Cheng · Ching-Lin Wua · Chun-Yu Linb · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.229

本文提出并基于0.18 μm、1.8 V CMOS工艺实现了一种用于负电压电源引脚的新型电源轨静电放电（ESD）钳位电路。该电路仅采用1.8 V nMOS和pMOS器件，实现了高达3倍电源电压（3×VDD，即5.4 V）的电压耐受能力，优于大多数现有设计所达到的2×VDD耐压水平。此外，该电路表现出超过8 kV的人体模型（HBM）抗静电能力，并在室温下展现出极低的漏电流，约为0.7 nA，因此非常适用于生物医学电路、混合电压应用以及电源管理系统中的负电压环境。

解读: 该3xVDD容差ESD保护电路技术对阳光电源储能系统(ST系列PCS、PowerTitan)及充电桩产品具有重要应用价值。其负电压接口保护能力可优化混合电压拓扑设计,8kV HBM防护等级满足工业级可靠性要求,0.7nA超低漏电流特性有助于降低储能系统待机损耗。该技术可应用于三电平拓扑的功率器件保护...

Hyo-Joung Kima · Walid Amira · Surajit Chakraborty · Ju-Won Shina 等7人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.230

摘要 在基于GaN的高电子迁移率晶体管（HEMTs）中，二维电子气（2DEG）的载流子输运特性，特别是饱和速度（υ_sat）和有效迁移率（μ_n_eff），是决定器件性能的关键因素。为了提升这些特性，我们进行了结构优化，包括降低Al_xGa_1-xN势垒层中的Al组分以及引入AlGaN背势垒结构。鉴于传统提取方法的局限性，我们采用跨导建模技术以更准确地提取有效迁移率和饱和速度的数值。引入AlGaN背势垒后，有效迁移率提升至748 cm²/V·s。此外，降低Al_xGa_1-xN表面势垒层中的Al...

解读: 该AlGaN/GaN HEMT载流子输运优化技术对阳光电源电动汽车驱动系统及充电桩产品具有重要价值。通过降低AlGaN势垒Al组分和引入背势垒结构,有效迁移率提升至748 cm²/V·s,可显著改善GaN功率器件的开关特性和导通损耗。该跨导建模提取方法为阳光SG系列逆变器和ST储能变流器中GaN器件...

R.Goya · A.Crespo-Yepe · M.Port · R.Rodrigue 等5人 · Solid-State Electronics · 2025年1月 · Vol.230

介电击穿（Dielectric Breakdown）与栅介质的渐进性老化相关，一直是CMOS器件中最严重的失效机制之一。随着器件尺寸的不断缩小，新的器件结构和/或材料被引入，因此有必要在这些新结构中从器件乃至电路层面评估击穿（BD）的影响。本文采用被测器件所消耗的能量和功率作为关键参数，对采用高k栅介质的大规模缩放FDSOI纳米线晶体管中的介电击穿及击穿后行为进行了表征。实验结果表明，在传统介电击穿之外，器件完整性还出现了新的有害效应。

解读: 该FDSOI纳米线FET介质击穿研究对阳光电源功率器件可靠性设计具有重要参考价值。研究揭示的击穿后功率耗散机制可应用于ST系列PCS和SG逆变器中SiC/GaN器件的热管理优化,通过能量耗散监测实现器件退化预警。该机理可集成至iSolarCloud平台的预测性维护算法,提升储能系统PowerTita...