電能已逐漸成為21世紀最重要的能源載體，電能形式的轉換無所不在，核心是功率電子器件.功率電子器件發(fā)展需求是高功率密度、高能效、高可靠性。
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業(yè)網、第三代半導體產業(yè)主辦，并得到了南京大學、第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的指導。
會上，南京大學副研究員徐尉宗帶來了“面向高可靠性、高能效應用的GaN HEMT增強型器件技術”的主題報告，報告從p-GaN帽層增強型器件柵壓擺幅受限的物理機制分析出發(fā)，結合新型柵極結構方案設計與實驗驗證，包括pn結帽層結構、極化摻雜p型帽層結構等，系統(tǒng)討論柵極設計對器件可靠性及動態(tài)損耗的影響規(guī)律，總結出潛在的面向高可靠性、高能效應用的GaN HEMT增強型器件技術。
同時，報告系統(tǒng)分析了無體二極管的器件結構對GaN HEMT器件反向續(xù)流以及抗瞬態(tài)能量沖擊能力的影響，并結合所在團隊在GaN功率二極管方面的研究成果，總結介紹了具有高可靠、高能效優(yōu)勢的AlGaN/GaN基功率電子集成方案。
報告指出，有限的正柵壓擺幅是限制p型帽層結構增強型GaN HEMT器件可靠性的重要因素；采用pn結帽層結構、以及基于漸變In組分InGaN材料實現(xiàn)的p型極化摻雜帽層結構可有效抑制器件在正向柵壓下的柵極漏電流，并提升柵極正向擊穿電壓。高柵極耐壓一方面可以提高器件的柵極可靠性，特別是面對高dv/dt開關條件下的柵壓振蕩或過沖；同時，也兼容更成熟、成本也更低的10-12V柵極驅動方案，可實現(xiàn)器件更高柵壓的工作，不僅可以增加器件的工作電流，還可以獲得更快的器件開啟過程，實現(xiàn)器件動態(tài)開關損耗的降低。
另一方面，與功率MOSFET通過體二極管實現(xiàn)器件反向續(xù)流以及對瞬態(tài)能量的雪崩泄放不同，GaN HEMT器件中由于沒有體二極管，雖然可以通過第三象限工作進行反向續(xù)流，但相應開啟電壓偏高，因此能耗較高；同時，AlGaN/GaN異質結器件并不具備雪崩擊穿泄放能力，其在瞬態(tài)能量沖擊下主要通過LC振蕩實現(xiàn)能量耗散，但相應的振蕩電流和非鉗位電壓會帶來新的器件可靠性問題。針對上述關鍵問題，研究團隊通過混合陽極結構的優(yōu)化設計，實現(xiàn)了具有低開啟電壓和瞬態(tài)能量沖擊下阻性泄放能力的AlGaN/GaN肖特基勢壘二極管器件，通過與GaN E-HEMT源漏端的反向并聯(lián)，可以在降低開關管反向導通損耗的同時，提高器件抗瞬態(tài)能量沖擊的能力，有利于實現(xiàn)更可靠的AlGaN/GaN基功率器件及集成應用。
嘉賓簡介
徐尉宗，博士，從事寬禁帶半導體材料與器件研究，主要研究方向：GaN基功率電子器件、寬禁帶半導體基光電子器件。在國內外重要學術期刊上發(fā)表論文40余篇，其中以第一作者/通訊作者在IEEE EDL/TPE, Nano Letters等國際知名期刊上發(fā)表學術論文19篇，主持國家自然科學基金青年項目及省部級項目4項。
