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[2018年IEEE工业应用学会年会(IAS) - 美国俄勒冈州波特兰市 (2018.9.23-2018.9.27)] 2018年IEEE工业应用学会年会(IAS) - 面向空间应用的太阳能转换系统设计与优化
摘要： 本手稿详细介绍了一种适用于太空应用的500千瓦太阳能微电网系统设计方案。该设计方法采用遗传算法进行多目标优化，综合考虑了表征太阳能微电网的四个关键参数（电池电压、光伏最大功率、光伏最大功率点电压及每串电池板数量）。最终优化指标为日均可输送功率与系统总质量之比（瓦/千克）。该微电网系统由多个模块化直流-直流微型转换器构成，其中评估比较了四种拓扑结构（降压型、升压型、升降压型及无极性升降压型），确定无极性升降压转换器为最佳方案，并提供了经分析验证的最优系统特性。最终系统设计实现了35.56瓦/千克的比功率，优化参数包括：743.7伏电池电压、439.5瓦光伏最大功率、182.7伏光伏最大电压及每串三块电池板配置?；谟呕峁?，研制了原型机并针对效率与低温可靠性进行测试分析。该转换器峰值效率达98.4%，功率密度3.54瓦/立方厘米，比功率3.76瓦/克，在0℃至-140℃条件下完成超过267小时的11分钟低温循环测试。
关键词： 宽带隙半导体、微电网、升压-降压变换器（非反相）、最大功率点跟踪器、太空探索、光伏系统、设计优化、直流-直流电源转换器、系统级设计、低温测试
更新于2025-09-23 15:23:52
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氮化镓集成技术：高温应用的理想候选方案综述
摘要： 在航空航天、军事、汽车和深井钻探等众多领先工业应用中，极端温度环境是制约微电子设备使用的基本障碍?？⒕哂杏乓斓缪в氩牧咸匦缘南冉呶伦ㄓ眉际?，代表着实现严酷环境区域控制监测的重大进步。该技术既能避免冷却结构的使用，又能提升整个电子系统的可靠性。作为宽禁带半导体，氮化镓被视为此类环境及高功率高频应用的理想候选材料。本文综述了氮化镓器件相较于硅（Si）、绝缘体上硅、砷化镓（GaAs）、硅锗（SiGe）和碳化硅（SiC）等主流技术的优势成因，探讨了高温工况下的工作原理与主要挑战（特别是材料与接触相关问题），并阐述了氮化镓的技术限制（热/化学特性）与固有缺陷（电流崩塌与器件自热效应）。此外还分析了近期研发的高温应用氮化镓器件。
关键词： 宽带隙半导体、高温电子器件、极端温度应用、氮化镓技术
更新于2025-09-23 15:22:29
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用于栅控深紫外光电晶体管的大规模超薄二维宽带隙BiOBr纳米片
摘要： 具有可控宽禁带、高紫外（UV）吸收系数及化学计量比关键调控自由度的三元二维（2D）半导体在紫外探测领域展现出巨大应用前景。然而现有报道的三元二维半导体禁带宽度通常低于3.0 eV，需进一步拓宽以实现综合性能提升的紫外探测——特别是深紫外（DUV）探测能力。本研究合成了尺寸达70微米、厚度仅约0.57纳米（不足单胞层）的大尺寸二维单层BiOBr纳米片，其3.69电子伏特的宽禁带特性适用于高性能DUV探测?；诟枚iOBr纳米片的光电晶体管在35 V栅压（Vg）和245 nm波长下，通过光门控效应实现卓越DUV探测性能：超高光电响应度（Rλ, 12739.13 A W?1）、超高外量子效率（EQE, 6.46 × 106%）及优异探测率（D*, 8.37 × 1012琼斯）。当施加-40 V栅压时，利用光电导效应可获得102微秒的超快响应速度（τrise）。通过栅压调控BiOBr基光电晶体管的光生电流机制组合，可为设计新型二维光电子材料以实现最优器件性能开辟新途径。
关键词： 单层BiOBr、深紫外光电晶体管、宽带隙半导体、高增益
更新于2025-09-23 15:19:57
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水下太阳能电池的效率极限
摘要： 目前水下航行器和自主系统的运行受限于长效电源的匮乏。虽然水下太阳能电池有望成为其潜在能源，但要充分发挥其性能所需的材料特性尚未明确。通过精细平衡计算我们发现：水下太阳能电池在浅水区效率可达约55%，深水区则超过65%，同时能维持超过5 mW cm?2的功率密度。研究表明太阳能电池的最佳带隙在浅水与深水间移动约0.6 eV，并在中等深度稳定在约2.1 eV（与地理位置无关）。这一宽泛的最佳带隙能量范围，为采用多种宽带隙半导体材料研制高效水下太阳能电池提供了可能。我们的研究结果根据使用环境条件，为水下太阳能电池材料的合理选择提供了路线图。
关键词： 宽带隙半导体、细致平衡计算、效率极限、功率密度、水下太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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在GaP半导体衬底上合成微晶Ga2S3层及其结构表征
摘要： 硫化镓（Ga2S3）属于一类具有红外和非线性光学应用潜力的宽禁带半导体材料。近期对Ga2S3材料的研究聚焦于通过钝化各类半导体表面来提升其电学与光学性能。本研究致力于在半导体GaP衬底上生长微晶硫化镓层。通过使硫蒸气与薄型GaP半导体板在450°C和600°C两个不同温度下反应，成功获得了Ga2S3层。在较低温度（400°C）时，未观察到GaP衬底上形成硫化镓层。采用原子力显微镜和扫描电子显微镜展示了所得Ga2S3层的形貌，其厚度介于数百纳米至约1-2微米之间。通过拉曼光谱对合成层进行了结构表征，利用拉曼偏振测量确定了Ga2S3薄膜的晶相，并通过将最强Ga2S3峰与实验数据拟合获得了拉曼张量系数。拉曼峰的对称性与单斜晶系Ga2S3晶体相高度吻合。
关键词： Ga2S3层，拉曼偏振测量，硫化镓(III)，宽带隙半导体
更新于2025-09-23 22:15:03
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承受高电流应力的GaN-on-GaN垂直二极管的退化
摘要： 得益于高电流密度、低导通电阻和高击穿电压的特性，GaN-on-GaN垂直器件有望在电力电子领域获得广泛应用。迄今为止，关于GaN-on-GaN垂直器件可靠性的研究文献仍较为有限。本文研究了高电流密度应力下GaN-on-GaN pn二极管的性能退化问题，通过电学特性表征和电致发光（EL）测量开展研究。我们证实：(i) 在高电流密度应力作用下，器件电学特性出现显著变化：导通电阻/开启电压升高，产生-复合分量增加，分流路径形成；(ii) 导通电阻的增加与二极管EL信号衰减呈强相关性；(iii) 退化动力学过程呈现时间平方根依赖性，表明存在扩散机制。研究认为应力会引发氢原子从高p型掺杂表面向pn结扩散，导致Mg-H键形成使空穴浓度降低及空穴注入减少，从而造成导通电阻上升伴随EL信号的同步衰减。
关键词： 宽带隙半导体、块状氮化镓衬底、垂直二极管、pn结、扩散、氮化镓、氢、退化
更新于2025-09-09 09:28:46
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氧化镓 || β-Ga2O3纳米线的合成、光学表征及环境应用
摘要： 本章介绍了β-Ga2O3纳米线的合成、光学表征及其环境应用。我们识别并研究了β-Ga2O3纳米线的带隙态与近带边跃迁。缺陷态对其光学发射和光催化性能具有重要影响。由于具有宽禁带、化学与热稳定性、强健的缺陷态以及大比表面积等特性，β-Ga2O3纳米线在光电子学、环境应用及未来基础研究领域展现出重要应用前景。
关键词： 宽带隙半导体、合成、光学表征、光催化活性、β-氧化镓纳米线、环境应用
更新于2025-09-09 09:28:46
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用于宽禁带功率半导体的耐热微孔银芯片粘接结构
摘要： 本研究致力于制备一种热稳定的芯片粘接结构，该结构包含稳定的烧结微孔银和多层表面金属化层。通过在银烧结连接浆料中添加碳化硅颗粒（SiCp）来提升烧结银接头的高温可靠性。粘结结构中使用SiCp可抑制微孔结构的形貌演变，在高温存储（HTS）测试后保持稳定结构，从而降低空洞形成和金属化层退润湿的风险。除银浆外，针对直接键合铜（DBC）基板侧，通过截面形貌和导通电阻测试评估了Ni、Ti和Pt等不同表面金属化层的热可靠性。结果表明：Ti和Pt扩散阻挡层对防止高温下烧结银与铜之间界面退化起关键作用；而Ni阻挡层因在与镀银层界面处生成薄氧化镍层，表现出相对较弱的阻挡效果。导通电阻变化显示，Pt金属化层相比Ti和Ni具有更优的电学性能。不具备阻挡能力的Ag金属化层虽在银与铜之间出现严重的氧化层增长，但其导通电阻变化较小。
关键词： 宽带隙半导体、芯片粘接、烧结连接
更新于2025-09-04 15:30:14
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[2018年IEEE第六届宽禁带功率器件与应用研讨会(WiPDA) - 美国佐治亚州亚特兰大市(2018.10.31-2018.11.2)] 2018年IEEE第六届宽禁带功率器件与应用研讨会(WiPDA) - 基于栅极电荷测量的宽禁带功率场效应管非线性输入电容测定方法
摘要： 本文讨论了SiC和GaN功率场效应管输入电容Cgs与Cgd的测量方法，旨在建立能更精确反映开关过程中漏源电压vds和漏极电流id变化的仿真模型?；诟行愿涸靥跫虏捎貌煌┘缌髦岛臀露壬柚貌獾玫恼ぜ绾商匦裕ぜ缌鞣峙渲琳ぢ┑缛軨gd和栅源电容Cgs的充电过程。通过该方法可确定栅源电压vgs和栅漏电压vgd全工作范围内的电容特性Cgs(vgs)与Cgd(vgd)。
关键词： 宽带隙半导体、极间电容、动态测量、CGS（厘米-克-秒单位制）、电容-电压特性、CGD（栅极-漏极电容）
更新于2025-09-04 15:30:14