半導體產業(yè)網訊：近日，電子科技大學功率集成技術實驗室羅小蓉團隊在氧化鎵器件的續(xù)流能力方提出一種具有低反向導通損耗的氧化鎵縱向FinFET，并以Low Reverse Conduction Loss β-Ga₂O₃ Vertical FinFET with an Integrated Fin Diode為題在線發(fā)表于IEEE Transactions on Electron Devices期刊。

氧化鎵（β-Ga₂O₃）由于其高禁帶寬度（4.5-4.9eV）和高臨界電場（8MV/cm），擁有比GaN和SiC器件更優(yōu)的BFOM值，有助于在相同額定電壓下降低傳導損耗。目前對氧化鎵場效應管的研究大多集中在如何獲得高擊穿電壓(BV)和閾值電壓(V_th)以及低比導通電阻 (R_on,sp)上。根據最近的研究，在β-Ga₂O₃場效應管中引入Fin通道，可以實現高BV和高V_th，但會導致反向導通電壓(V_on)變大并且損失反向導通。

低反向導通損耗有助于釋放功率轉換系統(tǒng)中感性負載引起的多余能量。使用反并聯續(xù)流二極管用于反向導通，能降低V_on，但會引入較大的寄生電感并導致額外的功率損耗和系統(tǒng)不穩(wěn)定。使用單片集成肖特基勢壘二極管(SBD)可以減少寄生參數，但溫度依賴性差。到目前為止，對β-Ga₂O₃功率晶體管反向導通 特性的改善研究較少。

本文介紹了一種具有集成鰭型二極管（FD）的低反向導通損耗氧化鎵縱向FinFET新結構（RC-FinFET），并利用Sentaurus TCAD仿真對其電學特性進行了研究分析。如圖1(a)所示，RC-FinFET包括FinFET部分和FD部分，實現類MIS的導通和阻斷特性。首先，在零偏置下，由于金屬與β-Ga₂O₃的功函數差，MIS結構的耗盡作用使Fin溝道被夾斷，實現常關的增強型器件；在正向導通和阻斷狀態(tài)下，FD的Fin溝道被夾斷，幾乎不影響閾值電壓（V_th）和擊穿電壓（BV）。其次，由于Fin溝道的夾斷作用，可以采用歐姆接觸陽極替代肖特基接觸，形成無結二極管。因此，在反向續(xù)流時，無結的FD實現極低的反向導通電壓（V_on）；隨反向偏置增加，沿Fin溝道側壁形成電子積累層，提高反向電流能力。相較于無集成二極管的常規(guī)FinFET（C-FinFET），RC-FinFET的FinFET部分和FD部分可以分別調控V_th和V_on，從而同時實現高V_th和低V_on。如圖1(b)所示，所提出的RC-FinFET具有極低的V_on=0.45 V，相較于C-FinFET大大降低且不受柵壓影響。RC-FinFET同時具有高V_th =1.6 V，高BV=2545 V，Baliga優(yōu)值高達1.41 GW/cm²。此外，與外接續(xù)流二極管的傳統(tǒng)方法相比，RC-FinFET減少了寄生電感和總芯片面積，增強了其在高功率和低損耗功率轉換系統(tǒng)中的應用潛力。

圖1. (a) RC-FinFET結構示意圖；(b) RC-FinFET與C-FinFET的反向導通性能對比。

文章的第一作者是電子科技大學博士生魏雨夕，通訊作者是電子科技大學羅小蓉教授和魏杰研究員。該項目由基礎加強計劃重點基礎研究項目支持。

原文鏈接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10130497