GaN功率器件擊穿機(jī)理與耐壓新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體具有非常優(yōu)秀的材料特性，特別是在電力電子領(lǐng)域，氮化鎵功率器件在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和研究。針對(duì)目前氮化鎵功率器件耐壓能力與理論極限相差較遠(yuǎn)以及已有技術(shù)存在缺陷與不足的問題，本文進(jìn)行了這方面的深入研究，主要包括氮化鎵功率器件擊穿機(jī)制的理論分析與耐壓新結(jié)構(gòu)的探索與創(chuàng)新。
　　本文首先總結(jié)了現(xiàn)有的提高GaN HFET器件耐壓能力的技術(shù)手段，例如場(chǎng)板、襯底去除、離子注入等，并對(duì)其耐壓機(jī)理與不足進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

2、對(duì)GaN HFET器件幾種普遍的擊穿機(jī)制進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說明與分析，包括緩沖層泄漏電流、柵極泄漏電流以及強(qiáng)電場(chǎng)引起的雪崩擊穿，給出了一些改善的方法。然后，以擊穿機(jī)制與已有技術(shù)的耐壓機(jī)理為基礎(chǔ)，提出了一種具有背部復(fù)合介質(zhì)層的GaN BCD-HFET新結(jié)構(gòu)。背部復(fù)合介質(zhì)層由高K介質(zhì)材料和低K介質(zhì)材料共同構(gòu)成，且位于器件緩沖層背部。由于背部復(fù)合介質(zhì)層能夠在 GaN HFET器件溝道內(nèi)引入額外的電場(chǎng)尖峰，使器件溝道內(nèi)電場(chǎng)分布的均勻性大大提升，擊穿電

3、壓也隨之增加。此外，BCD-HFET結(jié)構(gòu)還有襯底去除工藝相兼容，能夠改善襯底材料對(duì)器件耐壓能力的限制作用。仿真顯示，相比常規(guī)的襯底去除器件354V的擊穿電壓，新結(jié)構(gòu)的擊穿電壓為658V，相比前者提高了86％。此外，仿真結(jié)果還證明采用具有良好熱導(dǎo)率的背部復(fù)合介質(zhì)層材料能夠有效的提高器件的直流輸出特性。最后，提出了一種高耐壓具有負(fù)離子注入鈍化層的GaN CPL-HFET結(jié)構(gòu)。在器件柵極與漏極的鈍化層內(nèi)通過離子注入技術(shù)形成負(fù)離子注入?yún)^(qū)域，由于