氮化鎵（GaN）功率器件具有擊穿電壓高、導通損耗低等優(yōu)異特性，有望成為下一代高密度、高頻率電力系統(tǒng)的主流器件。由于其出色的高頻性能，GaN功率器件在消費類電子產(chǎn)品中，如快充充電器，已經(jīng)展示出明顯的優(yōu)勢。然而，在像電機驅動這樣的工業(yè)、汽車應用中，GaN功率器件需要經(jīng)過額外的可靠性驗證，尤其是短路（short circuit）可靠性。不過，目前GaN功率器件的短路可靠性仍處于較差的水平，這阻礙了其在工業(yè)級高功率領域的大規(guī)模應用。

負載短路狀態(tài)下，GaN功率器件同時承受高電壓和大電流，快速導致晶體管損壞。盡管目前有大量關于測試表征GaN器件短路能力的研究，但很少報道提高其短路能力的方法。為了解決這個問題，有必要降低器件飽和電流密度，以提高晶體管本身固有的短路能力。

針對上述問題，北京大學集成電路學院魏進課題組開發(fā)了一種新型GaN功率晶體管結構”，在緊鄰源極的區(qū)域引入一個肖特基延伸區(qū)。所提出的器件具有更低的飽和電流密度，實現(xiàn)了短路能力的大幅度提高。在片測試表明，該新型器件可以承受>650V的短路脈沖測試。該技術為提高GaN功率器件的短路能力提供了一種極具前景的解決方案，對推動GaN功率器件在工業(yè)、汽車應用中的發(fā)展具有重要意義。

圖(a)傳統(tǒng)GaN晶體管器件結構以及團隊開發(fā)的新型器件結構；(b)兩種器件的output曲線。與傳統(tǒng)器件相比，新器件具有更低的飽和電流密度；(c)兩種器件的高壓脈沖ID-VDS測試。新器件的短路可靠性明顯由于傳統(tǒng)器件。

相關成果以＂650-V E-mode p-GaN Gate HEMT with Schottky Source Extension towards Enhanced Short-Circuit Reliability＂為題發(fā)表在《IEEE電子器件快報》 (IEEE Electron Device Letters)上。北京大學集成電路學院博士研究生余晶晶為論文第一作者。該研究工作得到國家重點研發(fā)計劃的支持。

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