Ⅲ族氮化物是典型的寬禁帶半導體材料，GaN電力電子器件已廣泛用于電力電子領域。肖特基勢壘二極管（SBD）是功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的基本組件，當前發(fā)展GaN功率SBD的核心問題之一是研制出低開啟電壓、超高耐壓的功率器件。

 

9月13-14日，“2021中國（南京）功率與射頻半導體技術市場應用峰會（CASICON 2021）”在南京召開。本屆峰會由半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、第三代半導體產(chǎn)業(yè)主辦，并得到了南京大學、第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的指導。

 

GaN屬于典型的寬禁帶半導體材料，也被稱為第三代半導體材料，與Si材料和SiC材料相比，它具備高壓、高溫工作，高開關頻率、低開關損耗等特點，在電力電子器件應用領域有廣闊的前景。

 

會上，南京大學教授陳鵬帶來了題為“低開啟/超高壓GaN肖特基功率器件研究新進展”的主題報告，報告指出，目前GaN SBD的主要應用領域（<1.2 kV），存在著高質(zhì)量GaN材料欠缺、成本控制（主流采用GaN-on-Si材料）等問題，根據(jù)GaN 肖特基二極管（SBD）的特點，人們從各個角度對其進行了研究。實現(xiàn)高壓GaN SBD的關鍵問題涉及合理分散電場的器件結(jié)構(gòu)（終端結(jié)構(gòu)等）、優(yōu)異的GaN材料質(zhì)量（襯底選擇等）、穩(wěn)定的工藝技術等。實現(xiàn)低開啟GaN SBD的關鍵問題涉及降低陽極和材料的接觸勢壘、減小勢壘降低對漏電流的負面影響、穩(wěn)定的工藝技術等。

 

報告詳細分享了反向pn結(jié)終端1.4 kV準垂直GaN SBD，3.4 kV 硅基GaN SBD，藍寶石基10 kV GaN SBD，雙勢壘陽極0.36 V, 10 kV GaN SBD等研究成果。

 

從采用反向pn結(jié)終端結(jié)構(gòu)，成功制備了高性能的GaN準垂直SBD，制備的SBD的Von為0.66 V，擊穿電壓為1.4 kV，Ron,sp為1.4 mΩ·cm²，功率FOM高達1.4 GW / cm²。

 

使用優(yōu)化的場板結(jié)構(gòu)，制備了Si基AlGaN/GaN橫向SBD，擊穿電壓達到3.4 kV，Ron,sp為3.7mΩ·cm²，器件的最高P-FOM可達3.1 GW/cm²。

 

制備了藍寶石襯底的超高壓 AlGaN/GaN橫向SBD，電極間距85μm時器件的擊穿大于10 kV。這項工作進一步體現(xiàn)了了GaN的材料優(yōu)勢，有望實現(xiàn)GaN材料在超高壓電子領域的低成本/高性能應用。

 

設計制備了高低功函數(shù)混合形成的雙勢壘陽極結(jié)構(gòu)AlGaN/GaN橫向SBD，獲得了0.36 V的低開啟電壓，比傳統(tǒng)Pt電極結(jié)構(gòu)SBD的開啟電壓降低了一半，結(jié)合大于10 kV的反向擊穿電壓，最終成功實現(xiàn)了低開啟電壓，超高耐壓的GaN SBD器件。

 

陳鵬，2001年至2007年歷任新加坡科研局材料研究院研究員、首席科學家、新加坡國立大學電機工程系博士生導師。自1995年以來長期從事于三族氮化物半導體材料與器件研究，共發(fā)表學術論文180余篇，其中以第一作者及通訊作者在氮化物光電子學、功率電子、強注入輻射機制等研究領域發(fā)表的高水平論文40余篇。