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本實驗室主要研究半導體元件,物理特性與電路應用為主,可進行的研究包括 設計,製程,模擬,模型,測試,和應用。題目如寬能隙 GaN 或是Ga2O3 的元件研發和功率電路或高頻應用,以及相關光電元件。

計畫重點說明摘要如下,

國科會個人研究計畫2009/08/1 ~ 2011/07/31

具有p 型應力結構InGaN 層的新型GaN HBT 與鋅擴散改善P 型電極歐姆接觸研究

摘要:氮化鎵(GaN)材料已經成功的應用在LED 上,而其寬能隙特性也同時在GaN HFET功率電晶體發展上有相當成功的結果。但因GaN 基板的長晶匹配問題與p-型參雜的困難度,GaN HBT 功率電晶體卻仍存在相當大的挑戰。回顧GaAs 化合物半導體的成功發展史,由GaAs MESFET 開始普及化,到GaAs HBT 全面展現電晶體在功率應用的優勢,相信相同的GaN HBT 發展也將取代GaN HFET。然而目前的GaN LED HFET 的研究如火如荼的進行,在磊晶品質要求更高的HBT 上,卻無暇進行。本計畫將持續在GaN HBT 上研究,提出專利的AlGaN/InGaN/GaN HBT1與鋅擴散方式來解決目前GaN HBT 的問題。在AlGaN/InGaN/GaN HBT 磊晶研究上,主要是依據本研究團隊在今年取得中華民國專利發明第I293811 號的結構,題目為具有p 型應力結構InGaN 層的GaN 異質結構雙載子電晶體及其製造方法。該新結構的特色乃在傳統GaN 基極層上加了一高摻雜的p 型應力氮化鎵銦(strain InGaN)層,而形成二維電洞氣體層(two dimensional hole gas, 2DHG)。如此不但可以增加基極層表面的濃度,達到1E19cm-3 以上,使得基極的歐姆接觸在製作上可以不必重新成長,就可以很容易形成歐姆接觸。且因InGaN 介於AlGaN GaN 之間,可以有效拉低射極AlGaN-GaN 的傳導帶(ΔEC)大小,得到降低起始電壓的優點。除了上述所提出的新型AlGaN/InGaN/GaN HBT 外,本計畫將利用鋅擴散技術於氮化鎵材料上,期望獲得相同的高表面濃度結果。所以在第一年進行p 型應力結構InGaN 層磊晶與p-GaN 鋅擴散研究;第二年再進行AlGaN/InGaN/GaN HBT元件成長、製程並與p-GaN 鋅擴散結合,來得到最佳元件特性。

國科會民生系統之節能技術研發專案計畫2009/10/01 ~ 2012/09/30

高效率功率元件研發與直流變頻冷氣驅動系統之應用

摘要:本計畫『高效率功率元件研發與直流變頻冷氣驅動系統之應用』是個跨電機和機械不同學系的整合,包含三個子題,涵蓋系統內關鍵零組件或功率晶體之開發、整合控制晶片與功率晶體之設計平台、機電整合節能方案。子題一利用國內晶圓代工廠研發國內目前尚未有的600V/30A IGBT 高電壓高電流之功率電晶體,再與gate driver 及保護電路整合為一功率模組(Intelligent Power Module);子題二發展以無感測器直流變頻冷氣驅動系統,並且利用子題一的功率模組實際應用於空調機之控制;子題三整合子題一及子題二,配合實際空調需求,將其應用於變頻式空調系統,同時探討不同環境溫度及熱負載下之控制條件,以及變頻與定頻空調系統之性能比較,以為變頻控制設計之依據。整個變頻式空調系統將因新型600V/30A IGBT 高電壓高電流之功率電晶體的研發而有效改善功率模組效率,再結合無感測器直流變頻冷氣驅動系統進一步提升空調系統效能。本計畫除預訂開發出變頻控制器外,另藉由子題一及子題二之變頻控制器改良,以及子題三最佳控制參數獲得,預期本計畫所開發出之空調機將較國內現有機種性能提高10%以上。

國科會科學工業園區固本精進研究計畫2009/10/01 ~ 2010/09/30

創新600V 溝渠式雙閘極結構之絕緣閘雙極性電晶體研究開發

摘要:全球的電能需求逐年攀升,而在能源成本提高、大量二氧化碳的排放造成溫室效應的結果及未來石化能源資源供應量有限下,都需要人們好好善用這些有限資源。在眾多工業應用上使用功率半導體元件的改良,將可發揮龐大的節能潛力,進而減少能源消耗。其中IGBT 器件的研製成功以及隨後其額定參數的不斷提高和改進,為高頻、較大功率應用範圍的發展起了重要作用。IGBT 雖為提高馬達應用電源效率的主流功率半導體元件,然侷限於台灣市場微小及歐美市場對品牌的取向,台灣產業對此投入研發幾乎沒有。現基於大陸市場的崛起及全球對節能減碳、綠色電源產品的需求提升,我們實有必要把握此機會。本計劃是少數仍投入研發資源於此的團隊,合作企業(大中積體電路股份有限公司)已累積十餘年的IGBT 開發經驗,本計劃即是開發一創新的IGBT 結構,更增進其元件特性,提高使用效率,並可於國內現有產業環境下生產。除現有團隊外,亦希望藉由本計劃執行,能吸引更多研發人才加入功率元件,為地球的能源效率使用盡一分心力。

 


經濟部學界開發產業技術計畫

有線/無線通訊整合界面-關鍵元件技術開發
子計畫: 『異質接面雙極性電晶體毫米波及光電積體電路』

本期分項計劃二的主要技術路程,以達成光纖通訊用的40 Gbps pin-TIA OEIC30 GHz無線通訊用的RFIC用為目標。由於GaAs不易與1.31.55 um的光電元件整合,本計畫以InP為主要材料來製作所需的元件。前兩年以達成HBTfT > 120 GHzfmax > 100 GHz為基礎來完成10 Gbpspin-TIA OEIC。後兩年則進一步改善元件特性,使HBTfT > 160 GHzfmax > 120 GHz,以達成40 Gbpspin-TIA OEIC30 GHzPA RFIC

 

 

 

 

經濟部學界開發產業技術計畫

晶片對晶片陣列式光學連接技術開發
子計畫:『陣列式高頻光檢測器技術開發』

本計畫中光學連接技術所發展的光電系統晶片技術,是以混成積體化(hybrid integration)方式達成。中央大學光電中心在光電系統晶片技術的長期技術規劃,是以與矽晶元製程結合,朝與CMOS積體電路整合的方向發展,以發揮台灣在矽晶元製造的產業優勢。本計畫預計以高速矽檢測器陣列元件與CMOS積體化整合成單一晶片,逐步朝向矽光子學研究領域範疇。

 

 

國科會工程處計畫

「前瞻優質生活環境科技跨領域研究專案計畫」
總計畫:『下世代e化衛浴設施之創新技術開發以及先導性人文研究』

隨著資訊業及半導體業的發展,未來科技住宅的智慧化(e)已是一種趨勢,由於人口老化比例逐年攀升,因此發展具有居家照護機能的e化住宅在未來是不可或缺的。本研究計畫以未來的衛浴空間和設施為主題,進行包括生化、行為、與環境等各類資訊之檢測、蒐集、傳遞、與分析。但浴室是居家生活中最私密的空間之一,一個人在浴室裡所從事的各種活動,通常不希望受到陌生人甚或共同生活之家人的窺探。因此,在規劃時,除了利用科技來增進使用上的便利外,對於此等應用對使用者隱私上的潛在威脅,也應該一併加以注意,務求將危險性降至最低。而本研究所要發展的是『下世代e化衛浴設施之創新技術開發以及先導性人文研究』,是個跨工程和人文兩個領域的整合型計畫,包含四個工程性的子計畫和兩個人文性的子計畫。子計畫一和二分別以生物化學和固態電子的專長來研發尿檢晶片。發展可以檢測尿糖和尿蛋白等的高科技馬桶,使用者如廁後,立即顯示尿糖濃度,並經由網際網路傳遞檢測資料至使用者觀察介面,能夠隨時掌握使用者的健康狀況。並開發兩種不同功能之生物感測晶片,透過電訊號之即時觀測下,能了解次微米級之生物蛋白分子的行為。子計畫三用RFID的技術整合「衛浴電子」成為一個無線感測網路, 使得包括尿檢晶片、一氧化碳偵測、人體跌倒的偵測、水溫的度量、和牙齒影像的擷取與顯示, 全都簡潔地存在衛浴空間, 發揮它們最大的功能。子計畫四依照使用者模式資料探勘與安全的家庭資訊儲存系統建立一個具有隱私安全性的資料庫,避免其他使用者窺探其他成員不願分享的資料,並具有資料分析的功能,將收集到的成員生理資料、行為資料、生化晶片檢測結果作儲存與分析其模式,以其及早偵測病徵的發生。子計畫五將探討未來衛浴科技可能引發之隱私權議題。除將研究心得回饋給其他之子計畫,以利開發對隱私權友善之衛浴科技外,並將建構以資訊隱私場域為基礎之規範模型,做為未來隱私權法制修正之參考。計畫六由訪談與實驗室觀察探討新科技研發過程,與其對社會生活的影響。研發部分,將專注在研發過程中,規範性如何由e化衛浴硬體建構的中介逐步具體化。社會影響部分,將聚焦在新衛浴環境的身體化影響個人自我認同與家庭生活。

 

國科會計畫

『平面結構氮化鎵雙極性電晶體與高原結構異質接面氮化鎵電晶體的研究』

 

此計劃『平面結構氮化鎵雙極性電晶體與高原結構異質接面氮化鎵電晶體的研究』乃延續前期的AlGaN/GaN HBT的成果(製程分析有論文發表於APLJAP,元件有完成大元件直流特性,並投稿於APL),分成二個部份:(1) Mesa-type AlGaN/GaN HBT(2) Planar GaN BJT 在高原結構異質接面氮化鎵電晶體(Mesa-type AlGaN/GaN HBT)部份,將繼續目前的優秀研究成果進一步改善電晶體的特性。目前已完成Mesa-type AlGaN/GaN HBT製程,電流增益大於100(有些區域更高達10000),但因基極的缺陷與大的漏電流,導致無法得到正常的common-emitter IV曲線。將利用鈍化層來設法改善漏電流,以及研究AlGaN/GaN/AlGaN DHBT結構。預期完成的AlGaN/GaN HBT元件有正常common-emitter IV曲線且預期截止頻率> 1 GHz。而AlGaN/GaN/AlGaN DHBT元件電流增益 > 10 在平面結構氮化鎵雙極性電晶體(Planar GaN BJT)部份,將利用基本的n/p-GaN磊晶層加上離子佈植來將上層的p-GaN反轉形成區域性的n-emitter。也就形成了GaN npn結構。此時表面的np(emitterbase)可以直接上金屬電極,而最下層的n-GaN則必須再利用高能量的多次Si離子佈植來形成連接。但其電極仍然位於表面,所以稱為平面結構GaN BJT。預期完成的Planar GaN BJT元件電流增益 > 10且預期截止頻率> 1 GHz

 

國科會電信國家型計畫

應用於毫米波頻段之多晶片整合收發模組研究 子計劃
Ka頻段磷化銦異質結構電晶體覆晶式微波混成積體電路之研究』

本計畫將發展適用於Ka頻帶(30 GHz)MIC(Microwave Integrated Circuits) 電路,此乃利用了Flip-Chip技術組合的InP HBT主動元件與CPW被動元件之電路,而三年最終MIC目標將包括功率放大器PA與壓控振盪器VCO。一般而言,有二種常用的技術來實現微波電路:microwave integrated circuits (MIC’s)monolithic microwave integrated circuits (MMIC’s)。以MIC技術將個別的主動元件(transistors)組合在另外的介質基板的的好處在於:(1)所需要的半導體面積較少,(2)元件的特性可以在組合過程中選擇,不需一開始就決定。(3)利用另外的介質基板製作被動元件較在半導體基板上容易。上述的好處使得MIC方法可以得到低成本,設計上的彈性,與高良率。而MMIC在同樣半導體基板上製作主動與被動元件,不只大大增加半導體基板的面積(成本),也必須有較複雜的連線,背面挖洞(back side via)等額外製程。在高頻(millimeter-wave frequencies)時的MIC(Microwave Integrated Circuits) 電路,使用Flip-Chip技術幾乎是必須的,因為其工作波長與bond wire長度相當。 然而利用Flip-Chip技術所製作的MIC電路卻不多,主要原因乃在於缺乏正確的模型(model)來描述元件與基本間的連線電磁效應(3D EM),此效應將會改變原先的元件特性,使原先電路模擬不準。此外chip-chip組裝的變異(bump height)也會導致電路特性差異。此計畫將分三年來實現最後的目標,包括第一年的主動元件InP HBT元件設計、成長、製作、與適合flip-chip技術的HBT元件光罩設計完成,CPW被動元件的設計、EM模擬、製作、與適合flip-chip技術的基板光罩設計完成;第二年的InP HBTGummel Poon Model的建立,決定bump size & height的最佳值,並建立等效電路,完成單一InP HBT Flip-Chip 技術練習與光罩驗證(測量InP HBTflip-chip之前與之後的高頻特性差異);最後一年利用前二年成熟的InP HBT元件與模擬再把InP HBTCPWmicrostrip lines被動元件組裝起來達成30 GHz MIC PA/VCO with Flip-Chip Assembled InP HBTs的目標。這部份將注重在被動元件與整體電路的設計與最佳化來得到最好的電路特性,因為InP HBT元件已完成,flip-chipbump 結構也定型,所以被動元件的設計與製作及最後的30 GHz MIC PA/VCO設計與測試是最後一年的重點。