GaN HEMT增強(qiáng)型器件技術(shù)路線及關(guān)鍵科學(xué)問題

氮化鎵（GaN）是一種寬禁帶半導(dǎo)體，第三代半導(dǎo)體的典型代表。與第一代半導(dǎo)體硅基的器件相比，GaN器件具有更高耐壓、更快開關(guān)頻率、更小導(dǎo)通電阻等特性，在功率電子器件領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)研究顯示，GaN器件適用于68%的功率器件市場；在功率轉(zhuǎn)換電路中應(yīng)用GaN器件可消除整流器在進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換時90%的能量損失，極大提高了能源利用效率；可使筆記本等電源適配器的體積縮小，減小設(shè)備體積，提高集成度。

GaN HEMT 電力電子器件的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)失效安全的增強(qiáng)模式（E-mode）操作，科研人員廣泛研究了基于凹槽柵結(jié)構(gòu)的MIS柵、p-GaN regrowth柵增強(qiáng)型GaN HEMT器件。在實(shí)際的器件制備過程中，精確控制柵極凹槽刻蝕深度、減小凹槽界面態(tài)密度直接影響器件閾值電壓均勻性、柵極可靠性，在大規(guī)模量產(chǎn)中會直接影響器件的量產(chǎn)良率。

GaN HEMT 增強(qiáng)型器件技術(shù)路線及關(guān)鍵科學(xué)問題

近期，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員孫錢團(tuán)隊(duì)博士研究生蘇帥、鐘耀宗等在p-GaN Regrowth器件制備技術(shù)、器件可靠性測試分析技術(shù)等方面取得進(jìn)展，制備的器件閾值電壓達(dá)到~1.7 V@ IDS = 10 μA/mm、開關(guān)比達(dá)5×101?、輸出電流400mA/mm以上，器件綜合性能優(yōu)異；在柵極凹槽深度高均勻性的精確控制及減小凹槽界面態(tài)密度方面，利用自主創(chuàng)新的MOCVD熱分解自終止技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了精確可控的柵極凹槽制備，且凹槽深度均勻性大幅提高，同時柵極界面態(tài)密度減小1~2個數(shù)量級，達(dá)到 ~1011 eV?1·cm?2 ，有助于高性能MIS、pGaN柵極增強(qiáng)型器件的研發(fā)。

（a）：MOCVD熱分解實(shí)現(xiàn)高均勻性低界面態(tài)柵極凹槽結(jié)構(gòu)的技術(shù)路線；（b）：基于MOCVD熱分解制備的凹槽的表面形貌，熱分解自終止的驗(yàn)證及片上均勻性統(tǒng)計(jì)；（c）：利用變頻CV表征柵極界面態(tài)密度

相關(guān)成果發(fā)表在電子器件領(lǐng)域期刊IEEE Electron Device Letters 、ACS Applied Materials & Interfaces、IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics，以及第三十二屆功率半導(dǎo)體器件和集成電路國際會議上。主要作者為蘇帥、鐘耀宗，通訊作者為孫錢、副研究員周宇。研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、中科院重點(diǎn)前沿科學(xué)研究計(jì)劃、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。

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