【CASICON 2021】南京大学徐尉宗:面向高可靠性、高能效应用的GaN HEMT增强型器件技术

日期:2021-09-18     来源:半导体产业网    
核心提示:报告从p-GaN帽层增强型器件栅压摆幅受限的物理机制分析出发,结合新型栅极结构方案设计与实验验证,包括反向pn结帽层结构、极化掺杂p型帽层结构等,系统讨论栅极设计对器件可靠性及动态损耗的影响规律,总结出潜在的面向高可靠性、高能效应用的GaN HEMT增强型器件技术。
电能已逐渐成为21世纪最重要的能源载体,电能形式的转换无所不在,核心是功率电子器件.功率电子器件发展需求是高功率密度、高能效、高可靠性。
 
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。
徐尉宗
会上,南京大学副研究员徐尉宗带来了“面向高可靠性、高能效应用的GaN HEMT增强型器件技术”的主题报告,报告从p-GaN帽层增强型器件栅压摆幅受限的物理机制分析出发,结合新型栅极结构方案设计与实验验证,包括pn结帽层结构、极化掺杂p型帽层结构等,系统讨论栅极设计对器件可靠性及动态损耗的影响规律,总结出潜在的面向高可靠性、高能效应用的GaN HEMT增强型器件技术。
 
同时,报告系统分析了无体二极管的器件结构对GaN HEMT器件反向续流以及抗瞬态能量冲击能力的影响,并结合所在团队在GaN功率二极管方面的研究成果,总结介绍了具有高可靠、高能效优势的AlGaN/GaN基功率电子集成方案。
 
报告指出,有限的正栅压摆幅是限制p型帽层结构增强型GaN HEMT器件可靠性的重要因素;采用pn结帽层结构、以及基于渐变In组分InGaN材料实现的p型极化掺杂帽层结构可有效抑制器件在正向栅压下的栅极漏电流,并提升栅极正向击穿电压。高栅极耐压一方面可以提高器件的栅极可靠性,特别是面对高dv/dt开关条件下的栅压振荡或过冲;同时,也兼容更成熟、成本也更低的10-12V栅极驱动方案,可实现器件更高栅压的工作,不仅可以增加器件的工作电流,还可以获得更快的器件开启过程,实现器件动态开关损耗的降低。
 
另一方面,与功率MOSFET通过体二极管实现器件反向续流以及对瞬态能量的雪崩泄放不同,GaN HEMT器件中由于没有体二极管,虽然可以通过第三象限工作进行反向续流,但相应开启电压偏高,因此能耗较高;同时,AlGaN/GaN异质结器件并不具备雪崩击穿泄放能力,其在瞬态能量冲击下主要通过LC振荡实现能量耗散,但相应的振荡电流和非钳位电压会带来新的器件可靠性问题。针对上述关键问题,研究团队通过混合阳极结构的优化设计,实现了具有低开启电压和瞬态能量冲击下阻性泄放能力的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管器件,通过与GaN E-HEMT源漏端的反向并联,可以在降低开关管反向导通损耗的同时,提高器件抗瞬态能量冲击的能力,有利于实现更可靠的AlGaN/GaN基功率器件及集成应用。
 
嘉宾简介
 
徐尉宗,博士,从事宽禁带半导体材料与器件研究,主要研究方向:GaN基功率电子器件、宽禁带半导体基光电子器件。在国内外重要学术期刊上发表论文40余篇,其中以第一作者/通讯作者在IEEE EDL/TPE, Nano Letters等国际知名期刊上发表学术论文19篇,主持国家自然科学基金青年项目及省部级项目4项。
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