Ⅲ族氮化物是典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料,GaN電力電子器件已廣泛用于電力電子領(lǐng)域。肖特基勢壘二極管(SBD)是功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的基本組件,當前發(fā)展GaN功率SBD的核心問題之一是研制出低開啟電壓、超高耐壓的功率器件。
9月13-14日,“2021中國(南京)功率與射頻半導(dǎo)體技術(shù)市場應(yīng)用峰會(CASICON 2021)”在南京召開。本屆峰會由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主辦,并得到了南京大學(xué)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的指導(dǎo)。
GaN屬于典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料,也被稱為第三代半導(dǎo)體材料,與Si材料和SiC材料相比,它具備高壓、高溫工作,高開關(guān)頻率、低開關(guān)損耗等特點,在電力電子器件應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的前景。
會上,南京大學(xué)教授陳鵬帶來了題為“低開啟/超高壓GaN肖特基功率器件研究新進展”的主題報告,報告指出,目前GaN SBD的主要應(yīng)用領(lǐng)域(<1.2 kV),存在著高質(zhì)量GaN材料欠缺、成本控制(主流采用GaN-on-Si材料)等問題,根據(jù)GaN 肖特基二極管(SBD)的特點,人們從各個角度對其進行了研究。實現(xiàn)高壓GaN SBD的關(guān)鍵問題涉及合理分散電場的器件結(jié)構(gòu)(終端結(jié)構(gòu)等)、優(yōu)異的GaN材料質(zhì)量(襯底選擇等)、穩(wěn)定的工藝技術(shù)等。實現(xiàn)低開啟GaN SBD的關(guān)鍵問題涉及降低陽極和材料的接觸勢壘、減小勢壘降低對漏電流的負面影響、穩(wěn)定的工藝技術(shù)等。
報告詳細分享了反向pn結(jié)終端1.4 kV準垂直GaN SBD,3.4 kV 硅基GaN SBD,藍寶石基10 kV GaN SBD,雙勢壘陽極0.36 V, 10 kV GaN SBD等研究成果。
從采用反向pn結(jié)終端結(jié)構(gòu),成功制備了高性能的GaN準垂直SBD,制備的SBD的Von為0.66 V,擊穿電壓為1.4 kV,Ron,sp為1.4 mΩ·cm2,功率FOM高達1.4 GW / cm2。
使用優(yōu)化的場板結(jié)構(gòu),制備了Si基AlGaN/GaN橫向SBD,擊穿電壓達到3.4 kV,Ron,sp為3.7mΩ·cm2,器件的最高P-FOM可達3.1 GW/cm2。
制備了藍寶石襯底的超高壓 AlGaN/GaN橫向SBD,電極間距85μm時器件的擊穿大于10 kV。這項工作進一步體現(xiàn)了了GaN的材料優(yōu)勢,有望實現(xiàn)GaN材料在超高壓電子領(lǐng)域的低成本/高性能應(yīng)用。
設(shè)計制備了高低功函數(shù)混合形成的雙勢壘陽極結(jié)構(gòu)AlGaN/GaN橫向SBD,獲得了0.36 V的低開啟電壓,比傳統(tǒng)Pt電極結(jié)構(gòu)SBD的開啟電壓降低了一半,結(jié)合大于10 kV的反向擊穿電壓,最終成功實現(xiàn)了低開啟電壓,超高耐壓的GaN SBD器件。
嘉賓簡介
陳鵬,2001年至2007年歷任新加坡科研局材料研究院研究員、首席科學(xué)家、新加坡國立大學(xué)電機工程系博士生導(dǎo)師。自1995年以來長期從事于三族氮化物半導(dǎo)體材料與器件研究,共發(fā)表學(xué)術(shù)論文180余篇,其中以第一作者及通訊作者在氮化物光電子學(xué)、功率電子、強注入輻射機制等研究領(lǐng)域發(fā)表的高水平論文40余篇。