一种具有鳍状阳极的垂直GaN功率二极管
发布时间：2021-11-05 01:32
针对垂直GaN肖特基二极管击穿电压低、泄漏电流大等问题,提出了一种具有鳍状（Fin）阳极结构的高压垂直GaN功率二极管。该结构利用阳极金属与GaN半导体之间的功函数差耗尽二极管阳极与阴极之间的导电沟道,实现二极管关断及反向耐压的功能,因此,阳极不再需要进行肖特基接触,仅需欧姆接触即可。通过优化Fin阳极结构参数,新结构同时实现高击穿电压和低正向导通压降,该器件的击穿电压为1 791 V(@1×10-4 A/cm2),正向导通压降为0.815 V（@100 A/cm2）,导通电阻仅为0.73 mΩ·cm2且具有高的温度稳定性,开态电流摆幅高达1×1012量级。
【文章来源】：微电子学. 2020,50(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
具有Fin阳极的垂直GaN功率二极管结构示意图
器件导通电阻组成与状态示意图:
器件反向耐压特性的仿真结果及分析如图3所示。可以看出,本文Fin二极管的雪崩击穿特性硬,击穿电压高达1 791 V (@ 1×10-4 A/cm2)。这充分发挥了GaN材料高耐压的优势,避免了GaN SBD因漏电导致的提前击穿,该Fin二极管在击穿前具有极低的反向泄漏电流,其在VAC= -1 600 V时,漏电流仅约为1×10-7 A/cm2,开关电流比(ION/IOFF @ VAC= -1 600 V)高达1×1010,远高于GaN SBD器件。但器件击穿前反向泄漏电流缓慢增加,且与所加电压呈指数增长关系。原因是漏诱生势垒降低效应(Drain Induced Barrier Lowering, DIBL)导致Fin沟道处势垒高度缓慢降低。沟道中心处y方向导带能量分布如图4所示。可以看出,器件击穿前沟道处势垒宽度随电压增大而减小,势垒高度则线性降低,线性拟合公式如图3所示,具有很好的一致性,Fin沟道处两侧阳极金属对沟道有较强的夹断作用,使得势垒高度下降并不明显,因此不会导致器件提前漏电击穿。当器件两端所加反向电压到达临界击穿点时,器件漏电流急剧上升,沟道处势垒高度也急剧降低,但DIBL效应并不会导致势垒高度的迅速下降。原因是器件雪崩击穿产生的空穴进入Fin沟道区,提高了Fin沟道区的电势,导致势垒高度随雪崩漏电流的增加而迅速减小。
本文编号：3476804
【文章来源】：微电子学. 2020,50(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
具有Fin阳极的垂直GaN功率二极管结构示意图
器件导通电阻组成与状态示意图:
器件反向耐压特性的仿真结果及分析如图3所示。可以看出,本文Fin二极管的雪崩击穿特性硬,击穿电压高达1 791 V (@ 1×10-4 A/cm2)。这充分发挥了GaN材料高耐压的优势,避免了GaN SBD因漏电导致的提前击穿,该Fin二极管在击穿前具有极低的反向泄漏电流,其在VAC= -1 600 V时,漏电流仅约为1×10-7 A/cm2,开关电流比(ION/IOFF @ VAC= -1 600 V)高达1×1010,远高于GaN SBD器件。但器件击穿前反向泄漏电流缓慢增加,且与所加电压呈指数增长关系。原因是漏诱生势垒降低效应(Drain Induced Barrier Lowering, DIBL)导致Fin沟道处势垒高度缓慢降低。沟道中心处y方向导带能量分布如图4所示。可以看出,器件击穿前沟道处势垒宽度随电压增大而减小,势垒高度则线性降低,线性拟合公式如图3所示,具有很好的一致性,Fin沟道处两侧阳极金属对沟道有较强的夹断作用,使得势垒高度下降并不明显,因此不会导致器件提前漏电击穿。当器件两端所加反向电压到达临界击穿点时,器件漏电流急剧上升,沟道处势垒高度也急剧降低,但DIBL效应并不会导致势垒高度的迅速下降。原因是器件雪崩击穿产生的空穴进入Fin沟道区,提高了Fin沟道区的电势,导致势垒高度随雪崩漏电流的增加而迅速减小。
本文编号：3476804
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