【CASICON 2021】南京大学陈鹏:低开启/超高压GaN肖特基功率器件研究新进展

日期:2021-09-15 来源:半导体产业网阅读:359
核心提示:报告总结了课题组近年来通过研究GaN SBD的击穿机制和器件工艺,研制超高压/低开起的GaN SBD的有关成果。
Ⅲ族氮化物是典型的宽禁带半导体材料,GaN电力电子器件已广泛用于电力电子领域。肖特基势垒二极管(SBD)是功率转换系统中的基本组件,当前发展GaN功率SBD的核心问题之一是研制出低开启电压、超高耐压的功率器件。
 
9月13-14日,“2021中国(南京)功率与射频半导体技术市场应用峰会(CASICON 2021)”在南京召开。本届峰会由半导体产业网、第三代半导体产业主办,并得到了南京大学、第三代半导体产业技术创新战略联盟的指导。
 
GaN属于典型的宽禁带半导体材料,也被称为第三代半导体材料,与Si材料和SiC材料相比,它具备高压、高温工作,高开关频率、低开关损耗等特点,在电力电子器件应用领域有广阔的前景。
 陈鹏
会上,南京大学教授陈鹏带来了题为“低开启/超高压GaN肖特基功率器件研究新进展”的主题报告,报告指出,目前GaN SBD的主要应用领域(<1.2 kV),存在着高质量GaN材料欠缺、成本控制(主流采用GaN-on-Si材料)等问题,根据GaN 肖特基二极管(SBD)的特点,人们从各个角度对其进行了研究。实现高压GaN SBD的关键问题涉及合理分散电场的器件结构(终端结构等)、优异的GaN材料质量(衬底选择等)、稳定的工艺技术等。实现低开启GaN SBD的关键问题涉及降低阳极和材料的接触势垒、减小势垒降低对漏电流的负面影响、稳定的工艺技术等。
 
报告详细分享了反向pn结终端1.4 kV准垂直GaN SBD,3.4 kV 硅基GaN SBD,蓝宝石基10 kV GaN SBD,双势垒阳极0.36 V, 10 kV GaN SBD等研究成果。
 
从采用反向pn结终端结构,成功制备了高性能的GaN准垂直SBD,制备的SBD的Von为0.66 V,击穿电压为1.4 kV,Ron,sp为1.4 mΩ·cm2,功率FOM高达1.4 GW / cm2
 
使用优化的场板结构,制备了Si基AlGaN/GaN横向SBD,击穿电压达到3.4 kV,Ron,sp为3.7mΩ·cm2,器件的最高P-FOM可达3.1 GW/cm2
 
制备了蓝宝石衬底的超高压 AlGaN/GaN横向SBD,电极间距85μm时器件的击穿大于10 kV。这项工作进一步体现了了GaN的材料优势,有望实现GaN材料在超高压电子领域的低成本/高性能应用。
 
设计制备了高低功函数混合形成的双势垒阳极结构AlGaN/GaN横向SBD,获得了0.36 V的低开启电压,比传统Pt电极结构SBD的开启电压降低了一半,结合大于10 kV的反向击穿电压,最终成功实现了低开启电压,超高耐压的GaN SBD器件。
 

嘉宾简介
陈鹏,2001年至2007年历任新加坡科研局材料研究院研究员、首席科学家、新加坡国立大学电机工程系博士生导师。自1995年以来长期从事于三族氮化物半导体材料与器件研究,共发表学术论文180余篇,其中以第一作者及通讯作者在氮化物光电子学、功率电子、强注入辐射机制等研究领域发表的高水平论文40余篇。
 
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