氮化鎵（GaN）功率器件具有擊穿電壓高、導(dǎo)通損耗低等優(yōu)異特性，有望成為下一代高密度、高頻率電力系統(tǒng)的主流器件。由于其出色的高頻性能，GaN功率器件在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，如快充充電器，已經(jīng)展示出明顯的優(yōu)勢(shì)。然而，在像電機(jī)驅(qū)動(dòng)這樣的工業(yè)、汽車應(yīng)用中，GaN功率器件需要經(jīng)過(guò)額外的可靠性驗(yàn)證，尤其是短路（short circuit）可靠性。不過(guò)，目前GaN功率器件的短路可靠性仍處于較差的水平，這阻礙了其在工業(yè)級(jí)高功率領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

負(fù)載短路狀態(tài)下，GaN功率器件同時(shí)承受高電壓和大電流，快速導(dǎo)致晶體管損壞。盡管目前有大量關(guān)于測(cè)試表征GaN器件短路能力的研究，但很少報(bào)道提高其短路能力的方法。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有必要降低器件飽和電流密度，以提高晶體管本身固有的短路能力。

針對(duì)上述問(wèn)題，北京大學(xué)集成電路學(xué)院魏進(jìn)課題組開發(fā)了一種新型GaN功率晶體管結(jié)構(gòu)”，在緊鄰源極的區(qū)域引入一個(gè)肖特基延伸區(qū)。所提出的器件具有更低的飽和電流密度，實(shí)現(xiàn)了短路能力的大幅度提高。在片測(cè)試表明，該新型器件可以承受>650V的短路脈沖測(cè)試。該技術(shù)為提高GaN功率器件的短路能力提供了一種極具前景的解決方案，對(duì)推動(dòng)GaN功率器件在工業(yè)、汽車應(yīng)用中的發(fā)展具有重要意義。

圖(a)傳統(tǒng)GaN晶體管器件結(jié)構(gòu)以及團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型器件結(jié)構(gòu)；(b)兩種器件的output曲線。與傳統(tǒng)器件相比，新器件具有更低的飽和電流密度；(c)兩種器件的高壓脈沖ID-VDS測(cè)試。新器件的短路可靠性明顯由于傳統(tǒng)器件。

相關(guān)成果以＂650-V E-mode p-GaN Gate HEMT with Schottky Source Extension towards Enhanced Short-Circuit Reliability＂為題發(fā)表在《IEEE電子器件快報(bào)》 (IEEE Electron Device Letters)上。北京大學(xué)集成電路學(xué)院博士研究生余晶晶為論文第一作者。該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。

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