GaN 功率器件具有高臨界擊穿場強、高開關(guān)頻率、高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點，在快充、電源、數(shù)據(jù)中心、電動汽車等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。GaN 功率器件通常制備在基于硅或藍寶石襯底的 AlGaN/GaN 異質(zhì)結(jié)上。由于硅和藍寶石襯底的熱導(dǎo)率較低，降低器件的功耗可以簡化硅或藍寶石襯底上 GaN 功率器件的散熱設(shè)計。

近年來，AlGaN/GaN/AlGaN 雙異質(zhì)結(jié)(DH)高電子遷移率晶體管(HEMT)由于其低漏電和低關(guān)態(tài)功耗而得到了廣泛的研究。通過優(yōu)化材料的結(jié)晶質(zhì)量和設(shè)計新穎的器件結(jié)構(gòu)，提高了 DH-HEMT 的性能。雖然近年來對 DH-HEMT 的研究在耐壓和靜態(tài)功耗方面取得了很大的突破，但對 DH-HEMT 的動態(tài)特性和可靠性的研究相對較少。此外，還需要進一步提高 DH-HEMT 的擊穿電壓，降低功率損耗，以滿足電動汽車和充電設(shè)備等眾多應(yīng)用的需求。然而，要制造出同時具備高擊穿電壓、低亞閾值擺幅、低漏電、低動態(tài)導(dǎo)通電阻退化和高可靠性的 DH-HEMT 是極其困難的。

為了進一步提高 DH-HEMT 的性能，在這項研究中，我們設(shè)計了一種具有歐姆 / 肖 特 基 復(fù) 合 漏 極 結(jié) 構(gòu) 和 Al2O3/SiO2 疊 層 鈍 化 結(jié) 構(gòu) 的Al0.3Ga0.7N/GaN/Al0.1Ga0.9N DH-HEMT，如圖 1 所示，該器件具有  10-8 mA/mm 的低泄漏電流、超過1010 的高開關(guān)比和較低的亞閾值擺幅 63 mV/dec。如圖 2 所示，在 200℃的高溫測試條件下，該器件仍具有 109 的高開關(guān)比，在柵偏壓為-20V、-10V 和 2 V 時，器件的閾值電壓漂移量小于 0.25 V，該器件表現(xiàn)出良好的高溫特性和閾值電壓的穩(wěn)定性。此外，如圖 3 所示，所制備的器件具有超過3000 V的高擊穿電壓和極低的關(guān)態(tài)功耗，在 650 V 的靜態(tài)漏壓偏置點下，器件的動態(tài)導(dǎo)通電阻退化量被抑制在 30%以下。這些優(yōu)異的結(jié)果表明該器件在高溫、大功率應(yīng)用中具有巨大潛力。

Yutong Fan, Xi Liu, Ren Huang, Yu Wen, Weihang Zhang, Jincheng Zhang, Zhihong Liu & Shenglei Zhao. High-Breakdown-Voltage (>3000V) and Low-Power-Dissipation Al0.3Ga0.7N/GaN/Al0.1Ga0.9N Double-Heterostructure HEMTs with Ohmic/Schottky Hybrid Drains and Al2O3/SiO2 passivation. Sci China Inf Sci, doi:10.1007/s11432-022-3707-2

作者簡介

樊昱彤，西安電子科技大學(xué)，博士研究生

張葦杭，西安電子科技大學(xué)，副教授

張進成，西安電子科技大學(xué)，教授

（來源：中國科學(xué)信息科學(xué)）