北大团队新型器件技术加速GaN进入工业与汽车应用

日期:2024-02-08 阅读:357
核心提示:北京大学集成电路学院魏进课题组开发了一种新型GaN功率晶体管结构”,在紧邻源极的区域引入一个肖特基延伸区。

 氮化镓(GaN)功率器件具有击穿电压高、导通损耗低等优异特性,有望成为下一代高密度、高频率电力系统的主流器件。由于其出色的高频性能,GaN功率器件在消费类电子产品中,如快充充电器,已经展示出明显的优势。然而,在像电机驱动这样的工业、汽车应用中,GaN功率器件需要经过额外的可靠性验证,尤其是短路(short circuit)可靠性。不过,目前GaN功率器件的短路可靠性仍处于较差的水平,这阻碍了其在工业级高功率领域的大规模应用。

负载短路状态下,GaN功率器件同时承受高电压和大电流,快速导致晶体管损坏。尽管目前有大量关于测试表征GaN器件短路能力的研究,但很少报道提高其短路能力的方法。为了解决这个问题,有必要降低器件饱和电流密度,以提高晶体管本身固有的短路能力。

针对上述问题,北京大学集成电路学院魏进课题组开发了一种新型GaN功率晶体管结构”,在紧邻源极的区域引入一个肖特基延伸区。所提出的器件具有更低的饱和电流密度,实现了短路能力的大幅度提高。在片测试表明,该新型器件可以承受>650V的短路脉冲测试。该技术为提高GaN功率器件的短路能力提供了一种极具前景的解决方案,对推动GaN功率器件在工业、汽车应用中的发展具有重要意义。

图(a)传统GaN晶体管器件结构以及团队开发的新型器件结构;(b)两种器件的output曲线。与传统器件相比,新器件具有更低的饱和电流密度;(c)两种器件的高压脉冲ID-VDS测试。新器件的短路可靠性明显由于传统器件。

相关成果以"650-V E-mode p-GaN Gate HEMT with Schottky Source Extension towards Enhanced Short-Circuit Reliability"为题发表在《IEEE电子器件快报》 (IEEE Electron Device Letters)上。北京大学集成电路学院博士研究生余晶晶为论文第一作者。该研究工作得到国家重点研发计划的支持。

文章链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/10236521

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