AlGaN/GaN动态开关可靠性机理研究
发布时间：2020-12-08 03:53
氮化镓材料因其具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度大等优势,在功率半导体领域受到了广泛关注,被视为功率电子器件长足发展的希望。基于应用需求,各大公司相继开发了多种实现增强型GaN器件的技术,并陆续有商用器件投入使用,因此研究应用中GaN器件的可靠性具有重大意义。本文主要围绕着P-GaN增强型商用器件的可靠性展开研究,主要工作及创新点如下:首先,进行了P-GaN器件在关态高压应力下可靠性的研究。采用了区别于其他实验的阶梯型漏极应力实验,通过对应力时间以及应力电压值的改变,观测PGaN增强型商用器件的导通电阻及阈值电压的变化。测试结果表明,不同器件对在关态高压应力下的表现不同,无P-GaN漏极结构的增强型器件在施加300V的高压应力时,导通电阻退化最严重,比施加10V的关态应力时的器件高出17%,而阈值电压几乎没有受到影响;有P-GaN漏极结构的增强型器件在50V时的阈值电压退化最为严重,减小了7%,而导通电阻的变化很小,退化的原因都是陷阱对电子的俘获和空穴的注入,应用时应当考虑应用场合的不同选择相应的器件。其次,进行了P-GaN器件在长时间的脉冲条件下可靠性的研究。通过对商用器件...
【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】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
未来功率器件复杂系统应用半导体行业从开始发展至今先后经历过三代材料的更迭，如表1-1所示
第一章绪论3告中可以看出，自从2010年第一只GaN商业器件诞生至今，国际上关于GaN材料及其制作的器件的专利申请量急剧增加，国内GaN材料及其器件的专利申请数量则是在2017年达到峰值，GaN器件关注度可见一斑，这也侧面说明了GaN材料性能的优异。GaN材料凭借更宽的带隙、高的临界击穿电场和独特的2-DEG导电沟道带来的高电子迁移率的优势，更能满足如今对GaN功率器件小型化、轻量化以及绿色环保的要求，因此，氮化镓材料的研究及发展具有十分重大的现实意义[3]-[5]。图1-2GaN功率电子器件的知识产权发展动态1.2GaN基功率开关器件研究现状如今GaN器件发展得如火如荼，其实从GaN器件诞生至今也只经过了二十多年的发展，1993年，M.A.Khan等人[6]研制出了世界上第一只耗尽型高电子迁移率晶体管(HEMT)。2001年，N.-Q.Zhang等人[7]制备出了一种AlGaN/GaNHEMT器件，它的耐压高达1.2kV，并且在文中详细分析了高压GaNHEMT作为功率开关器件时的概念，证明GaNHEMT器件是一种具有低损耗且能够在苛刻的条件(高电压高温度)下工作的开关器件。2004年，日本的Eudyna公司最先研制出基于GaN材料适用SiC基底的耗尽型射频晶体管。2009年，宜普(EPC)公司首先推出一款能够进入商业使用的增强型(常闭)GaN器件，GaN功率器件从此开始应用于电力电子领域。2010年，第一只GaN商业器件诞生[9]，由国际整流器公司(InternationalRectifier)IR投入市场，自此之后GaN器件一直在不断地进步，2014年，GaN行业首次于8英寸SiC基底上生长GaN器件，之后，GaN器件主流变成了600VGaNHEMT器件，越来越多的企业进入该产业链，如EPC、GaNSystems、Transphorm、Navitas等。当然，功率器件行业内的巨头如安森美半导体、意法半导体、英飞凌、德州仪器和松下等公司也在过去的几年里紧跟国际
电子科技大学硕士学位论文4图1-3GaN半导体国内外工业界发展现状及趋势早期的GaN器件大多为耗尽型器件或常开型器件，即必须在栅源间加一个负电压时才能将器件关断[9]，而在实际应用中，耗尽型器件的驱动电压电平并不能与常规驱动芯片设计的电平兼容，因此在电力电子系统设计中，增强型功率器件更被需要。近些年，多家半导体公司推出或即将推出增强型GaN器件，增强型器件的巨大市场潜力也推动代工产业的发展。台积电(TSMC)与多家半导体公司，包括美国纳微(Navitas)、安靠(Amkor)和以色列VisICTechnologies公司等，都建立了合作关系以提高GaN产品的产能。图1-4GaN器件的三种基本工作状态尽管近些年来GaNHEMT功率器件理论和实验研究结果丰硕，各个公司不断
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs fabricated by fluorine plasma treatment[J]. 全思,郝跃,马晓华,谢元斌,马骥刚. 半导体学报. 2009(12)
[2]高场应力及栅应力下AlGaN/GaN HEMT器件退化研究[J]. 谷文萍,郝跃,张进城,王冲,冯倩,马晓华. 物理学报. 2009(01)
博士论文
[1]面向光伏逆变系统的氮化镓功率器件应用研究[D]. 张雅静.北京交通大学 2015
硕士论文
[1]Cascode GaN晶体管与GaN二极管应用研究[D]. 黄波.北京交通大学 2016
[2]GaN器件的特性及应用研究[D]. 崔梅婷.北京交通大学 2015
本文编号：2904407
【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】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
未来功率器件复杂系统应用半导体行业从开始发展至今先后经历过三代材料的更迭，如表1-1所示
第一章绪论3告中可以看出，自从2010年第一只GaN商业器件诞生至今，国际上关于GaN材料及其制作的器件的专利申请量急剧增加，国内GaN材料及其器件的专利申请数量则是在2017年达到峰值，GaN器件关注度可见一斑，这也侧面说明了GaN材料性能的优异。GaN材料凭借更宽的带隙、高的临界击穿电场和独特的2-DEG导电沟道带来的高电子迁移率的优势，更能满足如今对GaN功率器件小型化、轻量化以及绿色环保的要求，因此，氮化镓材料的研究及发展具有十分重大的现实意义[3]-[5]。图1-2GaN功率电子器件的知识产权发展动态1.2GaN基功率开关器件研究现状如今GaN器件发展得如火如荼，其实从GaN器件诞生至今也只经过了二十多年的发展，1993年，M.A.Khan等人[6]研制出了世界上第一只耗尽型高电子迁移率晶体管(HEMT)。2001年，N.-Q.Zhang等人[7]制备出了一种AlGaN/GaNHEMT器件，它的耐压高达1.2kV，并且在文中详细分析了高压GaNHEMT作为功率开关器件时的概念，证明GaNHEMT器件是一种具有低损耗且能够在苛刻的条件(高电压高温度)下工作的开关器件。2004年，日本的Eudyna公司最先研制出基于GaN材料适用SiC基底的耗尽型射频晶体管。2009年，宜普(EPC)公司首先推出一款能够进入商业使用的增强型(常闭)GaN器件，GaN功率器件从此开始应用于电力电子领域。2010年，第一只GaN商业器件诞生[9]，由国际整流器公司(InternationalRectifier)IR投入市场，自此之后GaN器件一直在不断地进步，2014年，GaN行业首次于8英寸SiC基底上生长GaN器件，之后，GaN器件主流变成了600VGaNHEMT器件，越来越多的企业进入该产业链，如EPC、GaNSystems、Transphorm、Navitas等。当然，功率器件行业内的巨头如安森美半导体、意法半导体、英飞凌、德州仪器和松下等公司也在过去的几年里紧跟国际
电子科技大学硕士学位论文4图1-3GaN半导体国内外工业界发展现状及趋势早期的GaN器件大多为耗尽型器件或常开型器件，即必须在栅源间加一个负电压时才能将器件关断[9]，而在实际应用中，耗尽型器件的驱动电压电平并不能与常规驱动芯片设计的电平兼容，因此在电力电子系统设计中，增强型功率器件更被需要。近些年，多家半导体公司推出或即将推出增强型GaN器件，增强型器件的巨大市场潜力也推动代工产业的发展。台积电(TSMC)与多家半导体公司，包括美国纳微(Navitas)、安靠(Amkor)和以色列VisICTechnologies公司等，都建立了合作关系以提高GaN产品的产能。图1-4GaN器件的三种基本工作状态尽管近些年来GaNHEMT功率器件理论和实验研究结果丰硕，各个公司不断
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs fabricated by fluorine plasma treatment[J]. 全思,郝跃,马晓华,谢元斌,马骥刚. 半导体学报. 2009(12)
[2]高场应力及栅应力下AlGaN/GaN HEMT器件退化研究[J]. 谷文萍,郝跃,张进城,王冲,冯倩,马晓华. 物理学报. 2009(01)
博士论文
[1]面向光伏逆变系统的氮化镓功率器件应用研究[D]. 张雅静.北京交通大学 2015
硕士论文
[1]Cascode GaN晶体管与GaN二极管应用研究[D]. 黄波.北京交通大学 2016
[2]GaN器件的特性及应用研究[D]. 崔梅婷.北京交通大学 2015
本文编号：2904407
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