CN113327759B - 一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器 - Google Patents

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Abstract

一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器,采用GaN衬底、GaN/AlGaN异质结以及微加工的互联,利用GaN/AlGaN异质结天然形成的二维电子气(2DEG)替代传统铜线。该技术能够减小变压器损耗,提高工作效率,将工作带宽提升至5MHz以上。由于GaN材料禁带宽度达3.4eV,耐压特性强,该技术还能够很好地解决原副边隔离的安规问题。

Description

一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器
技术领域
本发明涉电力领域,尤其涉及一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器。
背景技术
传统的变压器通常有两种形式,第一种最常见,由磁芯、线圈和骨架组成,有贴片和插件两种样式,该型变压器由于绕线工艺的复杂多变以及线径的影响,其工作带宽通常低于1MHz,最主要的是线圈的交流电阻较大,损耗大,变压器尺寸也大,且由于线圈缠绕在磁芯上,在工作时导致内外温度不均衡,线圈内部散热性能较差。第二种为平面变压器,由磁芯、PCB板组成,不需要骨架,线圈直接通过PCB板制备,该型变压器绕线一致性很高,走线薄,线圈交流电阻较小,损耗低,最重要的优点是高频性能好,工作带宽可提升至2MHz。本项目采用GaN/AlGaN作为基底,而普通PCB基板材质为FR-4玻纤板,GaN、AlGaN具有高达3MV/cm的击穿场强,具有很高的耐压能力,而FR-4玻纤板的垂直层击穿场强约为0.14MV/cm,因此该技术能够很好地解决原副边隔离的安规问题。且金属铜的载流子浓度为8.5·1022/cm3,GaN/AlGaN异质结形成的二维电子气的浓度可高达1·1020/cm3,因而,其导电性能与铜相当,且半导体中的电子不像金属中的那样难以束缚,它可以通过调节组份、掺杂、变温、辐照等手段对其电导率进行调控。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器。
本发明提供的一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器,包括器件工艺和铟柱的制备工艺
器件工艺分五大步:
第一步采用对器件表面进行清洗。清洗方法是先依次采用丙酮、酒精、去离子水各超声5分钟,然后采用1号液APM:NH4OH:H2O2:DI=1:5:30,超声10分钟,然后用2号液HPM:HCl:H2O2:DI=1:4:20,超声10分钟,然后再次依次采用丙酮、酒精、去离子水各超声5分钟,最后氮气吹干后立即在110℃热台上烘烤5分钟备用。
第二步是刻蚀,使用淀积工艺在AlGaN材料表面制备介质层,使用常规光刻或电子束工艺,通过旋涂光刻胶、曝光、显影,在介质层表面形成刻蚀图形;使用干法刻蚀工艺刻蚀介质层形成介质掩膜图形;使用丙酮、酒精超声去除光刻胶,使用感应耦合等离子体刻蚀台在氧气和氩气的混合气体下预刻蚀GaN;使用感应耦合等离子体刻蚀台在氯气和氮气的混合气体下刻蚀AlGaN,达到所需刻蚀深度,使用干法刻蚀工艺去除剩余介质层。
第三步是填充绝缘体,将绝缘体填充到刻蚀的部位。
第四步在器件上使用物理气相淀积蒸镀电极。
第五步是利用铟柱进行互联,并在铟柱上进行微加工镀上一层绝缘体。
优选的,所述铟柱的制备工艺
铟柱成形我们使用“直接长柱”的方法。剥离法由于剥离法简单且不需要腐蚀,对基底无害。因此,我们采用剥离法。剥离法制作铟柱,其高度主要取决于光刻胶台阶的高度。
因此在光刻中第一步:涂胶,胶膜均匀,要大于铟膜的厚度,与金属薄膜的粘附性好,无灰尘和夹杂物。
第二步:前烘,温度80~100℃,时间30分钟。
第三步:曝光和显影,检查图形是否完整,套准是否准确,胶膜有没有发生浮胶、起皱、划伤,底膜是否去干净。
第四步:剥离,用有机溶剂充分浸泡后,再用很小功率的超声波进行剥离。即铟柱制备完成。
优选的,所述AlGaN可做到10nm~30nm,所述GaN可做到500nm~3μm。
优选的,所述绝缘体可以是100nm~10μm
与相关技术相比较,本发明提供的一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器具有如下有益效果:
1.采用GaN衬底、GaN/AlGaN异质结以及微加工的互联,利用GaN/AlGaN异质结天然形成的二维电子器(2DEG)替代传统铜线。该技术能够减小变压器损耗,提高工作效率,将工作带宽提升至5MHz以上。
2.相较于普通的变压器,本项目运用PCB来制备线圈,散热性更好。
3.由于使用PCB制备变压器,使所占的空间更小,有更多富于的空间来制作PCB板,使和原来同样的空间,做更多的线圈。
4.用ICP刻蚀隔离,填充绝缘材质。
5.使用作为IN柱连接在原副边之间的隔离变压器,可以有效地节省空间,能更好的解决安规问题。
6.提高本征频率,消除交流损耗,提升电流运载能力
附图说明
图1为本发明提供的器件工艺流程图;
图2为本发明提供的并联式示意图
图3为本发明提供的串联式示意图
图4为本发明提供的混联式示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图所示,一种基于宽禁带异质结结构的平面变压器,包括:器件工艺和铟柱的制备工艺,
器件工艺分五大步:
第一步采用对器件表面进行清洗。清洗方法是先依次采用丙酮、酒精、去离子水各超声5分钟,去除部分油脂;然后采用1号液APM:NH4OH:H2O2:DI=1:5:30,超声10分钟,去除粒子、有机物和部分金属;然后用2号液HPM:HCl:H2O2:DI=1:4:20,超声10分钟,去除氧化物并降低氧元素的残余量;然后再次依次采用丙酮、酒精、去离子水各超声5分钟,最后氮气吹干后立即在110℃热台上烘烤5分钟备用。
第二步是刻蚀,使用淀积工艺在AlGaN材料表面制备介质层,使用常规光刻或电子束工艺,通过旋涂光刻胶、曝光、显影,在介质层表面形成刻蚀图形;使用干法刻蚀工艺刻蚀介质层形成介质掩膜图形;使用丙酮、酒精超声去除光刻胶,使用感应耦合等离子体刻蚀台在氧气和氩气的混合气体下预刻蚀GaN;使用感应耦合等离子体刻蚀台在氯气和氮气的混合气体下刻蚀AlGaN,达到所需刻蚀深度,使用干法刻蚀工艺去除剩余介质层。
第三步是填充绝缘体,将绝缘体填充到刻蚀的部位。
第四步在器件上使用物理气相淀积蒸镀电极。
第五步是利用铟柱进行互联,并在铟柱上进行微加工镀上一层绝缘体。
铟柱的制备工艺
铟柱成形我们使用“直接长柱”的方法。剥离法由于剥离法简单且不需要腐蚀,对基底无害。因此,我们采用剥离法。剥离法制作铟柱,其高度主要取决于光刻胶台阶的高度。
因此在光刻中第一步:涂胶,胶膜均匀,要大于铟膜的厚度,与金属薄膜的粘附性好,无灰尘和夹杂物。
第二步:前烘,温度80~100℃,时间30分钟。
第三步:曝光和显影,检查图形是否完整,套准是否准确,胶膜有没有发生浮胶、起皱、划伤,底膜是否去干净。
第四步:剥离,用有机溶剂充分浸泡后,再用很小功率的超声波进行剥离。即铟柱制备完成。
变压器连接方式:
1.并联式:从变压器的C点向A点互联,再从B点向D点互联;
2.串联式:从变压器的C点向D点互联,再从A点向B点互联;
3.混联式:混联式互联使用了把上述两种互联的方法结合到了一起,多个变压器互联的方法如下,从变压器的C点向A点连接,从A点向H点连接,再向G点连接,随后向F点连接,再向E点连接,再向B点连接,最后再连接D点。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于宽禁带异质结构的平面变压器,其特征在于,包括:
器件工艺和铟柱的制备工艺,
器件工艺分五大步:
第一步采用对器件表面进行清洗,清洗方法是先依次采用丙酮、 酒精、去离子水各超声5分钟,然后采用1号液APM:NH4OH:H2O2:DI=1:5:30 ,超声10分钟,然后用2号液HPM:HCl:H2O2:DI=1:4:20,超声10分钟,然后再次依次采用丙酮、 酒精、去离子水各超声5分钟,最后氮气吹干后立即在110℃热台上烘烤5分钟备用,
第二步是刻蚀,使用淀积工艺在AlGaN材料表面制备介质层,使用常规光刻或电子束工艺,通过旋涂光刻胶、曝光、显影,在介质层表面形成刻蚀图形;使用干法刻蚀工艺刻蚀介质层形成介质掩膜图形;使用丙酮、酒精超声去除光刻胶,使用感应耦合等离子体刻蚀台在氧气和氩气的混合气体下预刻蚀GaN;使用感应耦合等离子体刻蚀台在氯气和氮气的混合气体下刻蚀AlGaN,达到所需刻蚀深度,使用干法刻蚀工艺去除剩余介质层,
第三步是填充绝缘体,将绝缘体填充到刻蚀的部位,
第四步在器件上使用物理气相淀积蒸镀电极,
第五步是利用铟柱进行互联,并在铟柱上进行微加工镀上一层绝缘体;
其中铟柱的制备工艺如下:
采用剥离法,
第一步:涂胶,胶膜均匀,要大于铟膜的厚度,与金属薄膜的粘附性好,无灰尘和夹杂物,
第二步:前烘,温度80~100°C,时间30分钟,
第三步:曝光和显影,检查图形是否完整,套准是否准确,胶膜有没有发生浮胶、起皱、划伤,底膜是否去干净,
第四步:剥离,用有机溶剂充分浸泡后,再用小功率的超声波进行剥离,即铟柱制备完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于宽禁带异质结构的平面变压器,其特征在于,所述AlGaN可做到10nm~30nm,所述GaN可做到500nm~3μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于宽禁带异质结构的平面变压器,其特征在于,所述绝缘体是100nm~10μm。
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