适于高压垂直型氮化镓功率器件的氟离子终端结构的设计与优化

发布时间：2024-03-16 10:11

　　氮化镓(GaN)功率器件作为第三代半导体器件,具有较高的击穿强度、较低的导通电阻以及较快的开关速度,是下一代大功率及高频功率电力电子系统的首选器件。然而,对于新兴的垂直型GaN功率器件,器件在主结边缘形成的柱面结将会造成内部电场的聚集现象,并最终导致器件还未承受到理想平行平面结的耐压就过早地被击穿。虽然在垂直型碳化硅(SiC)和硅(Si)器件中,已证明了多种终端技术可减轻器件边缘处的电场强度,但是由于在GaN材料中实现选择性P型掺杂区域较为困难,因此将在Si和SiC高压器件中常用的基于结的终端结构用于垂直型GaN器件颇具挑战性。目前,国内外的研究者门已经开发出一些新的终端技术来缓解垂直型GaN功率器件的过早击穿现象,其主要包括:(1)通过高剂量(¹0¹⁶ cm^-2)的离子注入来形成具有深能级陷阱的终端区域;(2)结合斜角终端技术,并精确控制器件P型区域和N型漂移层的掺杂浓度处在较为接近(¹0¹⁷ cm^-3)的水平;(3)通过表面氮处理终端技术提高主结边缘的...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1Si、SiC、GaN器件在器件耐压与导通电阻之间权衡的极限基于非本征衬底制造的平面型GaN功率器件中最具代表性的器件便是基于Si衬底的

浙江大学硕士学位论文第1章绪论2除此之外，III族氮化物之间还可能够形成异质结结构（例如AlGaN/GaN、InAlN/GaN等）。由于氮化物材料特有的自发和压电极化效应，使得在异质结的界面位置会形成一层具有高电子浓度（~1013cm-2）以及高电子饱和速率（1.5×107cm/....

图1.2(a)基于Si衬底的平面型GaNHEMT器件；(b)基于GaN衬底的垂直型GaN器件GaNHEMT

浙江大学硕士学位论文第1章绪论3底降低材料成本之外，在6英寸和8英寸Si生产线中制造GaN功率器件芯片还可以降低制造成本[12]。由于异质外延生长过程中往往需要面对热膨胀系数失配以及晶格失配的问题，因此在制造HEMT器件的时候会先在Si衬底上生长一层AlN成核层，同时该层还起到防....

图1.3GaN功率器件在电源市场未来的发展趋势[41]

PO公司在2019年为其发布的旗舰手机RenoAce所配备的采用了GaNHEMT器件的65W超级闪充充电器[11]。这是GaN功率器件首次大批量进入智能手机市场，这很可能会改变GaN功率器件的商业应用前景。同时近些年随着高质量商业化GaN本征衬底的出现，也推动了垂直型GaN功率器....

图1.4(a)肖特基二极管发生提前击穿的位置，(b)PiN二极管发生提前击穿的位置

浙江大学硕士学位论文第1章绪论7的高压，便出现了器件的击穿现象，而此时的电压就被称为器件的反向耐压。在理想的情况下，器件内部的电场均匀分布处的电场强度视作相等，于是当器件发生击穿现象的时候，器件内部达到半导体材料临界击穿电场的位置应该是一整个平面而非上述实际情况中某一个局部位置。....

本文编号：3929502