AlGaN-GaNHFET功率開關(guān)器件新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、功率器件在電源管理、電力傳輸、工業(yè)控制等方面影響著人們的生活。硅基功率器件經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)發(fā)展，性能已經(jīng)趨近于理論極限，而現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)對(duì)功率器件的性能要求越來(lái)越高。采用新型半導(dǎo)體材料來(lái)提升功率器件性能已經(jīng)刻不容緩。氮化鎵(GaN)材料具有寬禁帶、高電子遷移率和高臨界擊穿電場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使其成為下一代功率器件的絕佳選擇。AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)具有高濃度的二維電子氣（2-DEG），在賦予AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（HFET）開關(guān)速

2、度快和導(dǎo)通損耗低等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)使得常規(guī) HFET為耗盡型器件，不利于功率開關(guān)應(yīng)用。因此增強(qiáng)型AlGaN/GaN HFET成為GaN基功率器件的技術(shù)難點(diǎn)。本論文利用國(guó)產(chǎn)硅襯底GaN晶圓開展增強(qiáng)型AlGaN/GaN HFET功率器件研究，主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?。?）結(jié)合實(shí)驗(yàn)室在AlGaN/GaN HFET器件仿真中已有的研究成果，開展了增強(qiáng)型 HFET功率器件關(guān)鍵工藝研究。優(yōu)化獲得了較低接觸電阻的歐姆接觸；針對(duì)凹槽柵增強(qiáng)型器件最關(guān)鍵的

3、凹槽刻蝕工藝，新開發(fā)出了一種高效率、低損傷且速率可控的凹槽刻蝕工藝。
　　（2）在新型凹槽刻蝕工藝基礎(chǔ)上，提出了部分柵槽概念，通過(guò)精確控制刻蝕深度，在勢(shì)壘層剩余1.5nm左右的情況下，實(shí)現(xiàn)溝道中2-DEG的完全耗盡，成功制備了增強(qiáng)型Al2O3/AlGaN/GaN MIS-HFET器件。剩余的1.5nm勢(shì)壘層保證了異質(zhì)結(jié)量子阱物理結(jié)構(gòu)完整同時(shí)降低了柵凹槽刻蝕過(guò)程中帶來(lái)的晶格損傷。該增強(qiáng)型 HFET器件閾值電壓為+1.5V，最大漏極電

4、流高達(dá)693mA/mm，最大跨導(dǎo)為166mS/mm。Lgd為10μm的器件關(guān)態(tài)漏電為1μA/mm時(shí)擊穿電壓高達(dá)860V，比導(dǎo)通電阻為1.18mΩ·cm2，功率品質(zhì)因數(shù)為626MW/cm2，以上性能指標(biāo)均達(dá)到目前硅襯底GaN功率器件國(guó)際領(lǐng)先水平。
　?。?）提出一種新結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN HFET器件——絕緣柵混合陽(yáng)極二極管（MIS-Gated Hybrid Anode Diode,MG-HAD），并對(duì)其溫度特性進(jìn)行了測(cè)試分析。