GaN基纵向JFET功率器件新结构的设计和优化
发布时间：2021-11-26 14:27
GaN作为第三代宽禁带半导体材料的代表,由于其禁带宽度大、临界击穿电场高、导热率高等优势,使其在功率半导体领域表现出巨大的潜力。一方面,GaN-on-Si的发展使得GaN器件的成本显著下降,这对于GaN材料的应用和发展是具有里程碑意义的。另一方面,由于GaN HEMT器件属于平面器件,与现有的Si基半导体制造工艺兼容性较强,这使其更容易与其他半导体器件集成。正因如此,对于GaN器件的研究也越来越受到人们的关注。然而GaN器件发展30几年来,对于横向AlGaN/GaN HEMT器件的研究相对比较成熟,因此横向器件的缺点也越来越被大家熟知。1)传统横向GaN HEMT器件会导致电流崩塌等一系列稳定性问题。2)横向GaN HEMT器件由于沟道电场分布集中而导致击穿现象。针对横向器件存在的缺陷,本论文从纵向JFET器件的角度出发分别研究了具有逆导特性的GaN VJFET器件和GaN VJFET器件的耐压机理与结构优化设计。1.提出一种集成了反向恢复肖特基势垒二极管（SBD）的增强型纵向GaN JFET功率器件新结构。通过嵌入反向恢复二极管,利用正向导通与反向续流路径相分离的方法,实现了GaN纵...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GaN功率器件与Si/SiC性能对比[7]
第一章绪论5型栅技术开始被广泛的研究。最早关于P型栅技术的研究是2000年南加州大学的X.Hu等人[15]，他们通过在AlGaN势垒层上方选择性生长P-GaN的方法实现了增强型器件，如图1-3所示。在零栅偏压的情况下，由于PN结内建电势的作用，栅下2DEG沟道被PN结内建电势耗尽，从而实现增强型。在此基础之上，2007年日本松下公司的YasuhiroUemoto等人[16]在AlGaN势垒层上选择性刻蚀P-AlGaN实现了GateInjectionTransistor(GIT)增强型器件。该器件利用来自P-AlGaN的空穴注入到AlGaN/GaN异质结界面处实现电导调制作用，增大沟道2DEG的浓度，从而增大漏极电流，所制备的器件阈值电压达到+1.0V。采用P型栅技术来实现增强型由于不需要对AlGaN势垒层进行刻蚀，因此制备的器件均匀性较好，目前该方法被工业界广泛采用。另外，2005年香港科技大学的Kevin等人[17]通过F离子注入到栅下从而实现了增强型,如图1-4所示。所报道的工作中器件的阈值电压为+0.9V，器件的跨导和最大漏极电流分别为148mS/mm和310mA/mm。该方法虽然能够实现增强型但由于F离子在高温和高电场应力下的不稳定性，因此器件的可靠性仍需要进一步研究。除了上述方法外，为了获得增强型的效果，还可以通过将低压SiMOSFET和高压GaN耗尽型HEMT并联的方法实现Cascode结构[18]，如图1-5所示。这样做一方面实现了增强型操作另一方面可以利用现有的Si基驱动电路对器件进行驱动。这种结构目前被Transform公司所采用。图1-2凹槽栅MIS结构GaNHEMT[14]图1-3P型栅结构GaN增强型器件[15]图1-4F离子增强型GaN器件图1-5Cascode结构GaN增强型器件[18]功率器件的另一项重要指标就是器件的击穿电压和导通电阻，通常用Baliga
第一章绪论5型栅技术开始被广泛的研究。最早关于P型栅技术的研究是2000年南加州大学的X.Hu等人[15]，他们通过在AlGaN势垒层上方选择性生长P-GaN的方法实现了增强型器件，如图1-3所示。在零栅偏压的情况下，由于PN结内建电势的作用，栅下2DEG沟道被PN结内建电势耗尽，从而实现增强型。在此基础之上，2007年日本松下公司的YasuhiroUemoto等人[16]在AlGaN势垒层上选择性刻蚀P-AlGaN实现了GateInjectionTransistor(GIT)增强型器件。该器件利用来自P-AlGaN的空穴注入到AlGaN/GaN异质结界面处实现电导调制作用，增大沟道2DEG的浓度，从而增大漏极电流，所制备的器件阈值电压达到+1.0V。采用P型栅技术来实现增强型由于不需要对AlGaN势垒层进行刻蚀，因此制备的器件均匀性较好，目前该方法被工业界广泛采用。另外，2005年香港科技大学的Kevin等人[17]通过F离子注入到栅下从而实现了增强型,如图1-4所示。所报道的工作中器件的阈值电压为+0.9V，器件的跨导和最大漏极电流分别为148mS/mm和310mA/mm。该方法虽然能够实现增强型但由于F离子在高温和高电场应力下的不稳定性，因此器件的可靠性仍需要进一步研究。除了上述方法外，为了获得增强型的效果，还可以通过将低压SiMOSFET和高压GaN耗尽型HEMT并联的方法实现Cascode结构[18]，如图1-5所示。这样做一方面实现了增强型操作另一方面可以利用现有的Si基驱动电路对器件进行驱动。这种结构目前被Transform公司所采用。图1-2凹槽栅MIS结构GaNHEMT[14]图1-3P型栅结构GaN增强型器件[15]图1-4F离子增强型GaN器件图1-5Cascode结构GaN增强型器件[18]功率器件的另一项重要指标就是器件的击穿电压和导通电阻，通常用Baliga
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有逆向导通能力的GaN功率开关器件[J]. 魏进,姚尧,张波,刘扬. 电力电子技术. 2012(12)
本文编号：3520337
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GaN功率器件与Si/SiC性能对比[7]
第一章绪论5型栅技术开始被广泛的研究。最早关于P型栅技术的研究是2000年南加州大学的X.Hu等人[15]，他们通过在AlGaN势垒层上方选择性生长P-GaN的方法实现了增强型器件，如图1-3所示。在零栅偏压的情况下，由于PN结内建电势的作用，栅下2DEG沟道被PN结内建电势耗尽，从而实现增强型。在此基础之上，2007年日本松下公司的YasuhiroUemoto等人[16]在AlGaN势垒层上选择性刻蚀P-AlGaN实现了GateInjectionTransistor(GIT)增强型器件。该器件利用来自P-AlGaN的空穴注入到AlGaN/GaN异质结界面处实现电导调制作用，增大沟道2DEG的浓度，从而增大漏极电流，所制备的器件阈值电压达到+1.0V。采用P型栅技术来实现增强型由于不需要对AlGaN势垒层进行刻蚀，因此制备的器件均匀性较好，目前该方法被工业界广泛采用。另外，2005年香港科技大学的Kevin等人[17]通过F离子注入到栅下从而实现了增强型,如图1-4所示。所报道的工作中器件的阈值电压为+0.9V，器件的跨导和最大漏极电流分别为148mS/mm和310mA/mm。该方法虽然能够实现增强型但由于F离子在高温和高电场应力下的不稳定性，因此器件的可靠性仍需要进一步研究。除了上述方法外，为了获得增强型的效果，还可以通过将低压SiMOSFET和高压GaN耗尽型HEMT并联的方法实现Cascode结构[18]，如图1-5所示。这样做一方面实现了增强型操作另一方面可以利用现有的Si基驱动电路对器件进行驱动。这种结构目前被Transform公司所采用。图1-2凹槽栅MIS结构GaNHEMT[14]图1-3P型栅结构GaN增强型器件[15]图1-4F离子增强型GaN器件图1-5Cascode结构GaN增强型器件[18]功率器件的另一项重要指标就是器件的击穿电压和导通电阻，通常用Baliga
第一章绪论5型栅技术开始被广泛的研究。最早关于P型栅技术的研究是2000年南加州大学的X.Hu等人[15]，他们通过在AlGaN势垒层上方选择性生长P-GaN的方法实现了增强型器件，如图1-3所示。在零栅偏压的情况下，由于PN结内建电势的作用，栅下2DEG沟道被PN结内建电势耗尽，从而实现增强型。在此基础之上，2007年日本松下公司的YasuhiroUemoto等人[16]在AlGaN势垒层上选择性刻蚀P-AlGaN实现了GateInjectionTransistor(GIT)增强型器件。该器件利用来自P-AlGaN的空穴注入到AlGaN/GaN异质结界面处实现电导调制作用，增大沟道2DEG的浓度，从而增大漏极电流，所制备的器件阈值电压达到+1.0V。采用P型栅技术来实现增强型由于不需要对AlGaN势垒层进行刻蚀，因此制备的器件均匀性较好，目前该方法被工业界广泛采用。另外，2005年香港科技大学的Kevin等人[17]通过F离子注入到栅下从而实现了增强型,如图1-4所示。所报道的工作中器件的阈值电压为+0.9V，器件的跨导和最大漏极电流分别为148mS/mm和310mA/mm。该方法虽然能够实现增强型但由于F离子在高温和高电场应力下的不稳定性，因此器件的可靠性仍需要进一步研究。除了上述方法外，为了获得增强型的效果，还可以通过将低压SiMOSFET和高压GaN耗尽型HEMT并联的方法实现Cascode结构[18]，如图1-5所示。这样做一方面实现了增强型操作另一方面可以利用现有的Si基驱动电路对器件进行驱动。这种结构目前被Transform公司所采用。图1-2凹槽栅MIS结构GaNHEMT[14]图1-3P型栅结构GaN增强型器件[15]图1-4F离子增强型GaN器件图1-5Cascode结构GaN增强型器件[18]功率器件的另一项重要指标就是器件的击穿电压和导通电阻，通常用Baliga
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有逆向导通能力的GaN功率开关器件[J]. 魏进,姚尧,张波,刘扬. 电力电子技术. 2012(12)
本文编号：3520337
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