10000V！氮化鎵功率器件擊穿電壓新紀錄
發(fā)布時間：2021-06-11 12:00
近日，美國弗吉尼亞理工大學電力電子技術中心（CPES）和蘇州晶湛半導體團隊合作攻關，通過采用蘇州晶湛新型多溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結構外延片，以及運用pGaN降低表面場技術（p- GaN reduced surface field (RESURF)制備的肖特基勢壘二極管(SBD)，成功實現(xiàn)了超過10kV的超高擊穿電壓。這是迄今為止氮化鎵功率器件報道實現(xiàn)的最高擊穿電壓值。相關研究成果已于2021年6月發(fā)表于IEEE Electron Device Letters期刊。
圖1：多溝道AlGaN/GaN SBD器件結構圖（引用自IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 42, NO. 6, JUNE 2021）
實現(xiàn)這一新型器件所采用的氮化鎵外延材料結構包括20nm p+GaN/350nm p-GaN 帽層以及23nm Al0.25Ga0.75N/100nm GaN本征層的5個溝道。該外延結構由蘇州晶湛團隊通過MOCVD方法在4吋藍寶石襯底上單次連續(xù)外延實現(xiàn)，無需二次外延。基于此外延結構開發(fā)的氮化鎵器件結構如圖1所示，在刻蝕工藝中，通過僅保留2微米的p-GaN場板結構（或稱為降低表面場（RESURF）結構），能夠顯著降低峰值電場。在此基礎上制備的多溝道氮化鎵肖特基勢壘二極管（SBD），在實現(xiàn)10kV的超高擊穿電壓的同時，巴利加優(yōu)值（Baliga’s figure of merit, FOM）高達2.8 ，而39 的低導通電阻率，也遠低于同樣10kV耐壓的 SiC 結型肖特基勢壘二極管。多溝道氮化鎵器件由于采用廉價的藍寶石襯底以及水平器件結構，其制備成本也遠低于采用昂貴SiC襯底制備的SiC二極管。
創(chuàng)新性的多溝道設計可以突破單溝道氮化鎵器件的理論極限，進一步降低開態(tài)電阻和系統(tǒng)損耗，并能實現(xiàn)超高擊穿電壓，大大拓展GaN器件在高壓電力電子應用中的前景。在“碳達峰+碳中和”的歷史性能源變革背景下，氮化鎵電力電子器件在電動汽車、充電樁，可再生能源發(fā)電，工業(yè)電機驅動器，電網(wǎng)和軌道交通等高壓應用領域具有廣闊的潛力。蘇州晶湛半導體有限公司已于近日發(fā)布了面向中高壓電力電子和射頻應用的硅基，碳化硅基以及藍寶石基的新型多溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結構外延片全系列產(chǎn)品，歡迎海內(nèi)外新老客戶與我們洽商合作，共同推動氮化鎵電力電子技術和應用的新發(fā)展！
（文章來源：SEMI）