近日，功率半導體器件領域的頂級會議IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD)在德國不來梅市舉行。本屆ISPSD共收到論文投稿338篇，錄用141篇，其中口頭報告錄用42篇。北京大學集成電路學院/集成電路高精尖創(chuàng)新中心共6篇高水平論文入選（包含3篇口頭報告），向國際功率器件與功率集成電路領域的同行展示了北京大學最新的研究成果。這六篇論文內容涉及GaN功率器件熱電子效應抑制技術、高性能GaN p-FET器件技術、GaN功率器件動態(tài)電阻測試平臺、高柵極電壓擺幅GaN功率器件、GaN功率器件短路能力提升技術、增強型GaN功率器件動態(tài)閾值漂移與誤開通現象。論文詳情如下：
1. GaN功率器件熱電子效應抑制技術
目前，GaN功率器件在高壓、大功率領域實現了優(yōu)異的性能。然而，這會導致器件在工作過程中經歷高功率應力，產生大量的熱電子，這些熱電子會轟擊器件的表面和緩沖層，產生新的陷阱能級，從而引起器件的導通電阻退化。
針對上述問題，魏進/王茂俊團隊提出了具有有源鈍化層和背部虛擬體技術。通過有源鈍化層和背部虛擬，可以有效地屏蔽熱電子引起的表面層陷阱和緩沖層陷阱，從而實現對熱電子效應的抑制作用。該工作以Suppression of Hot-Electron-Induced Dynamic RON Degradation in p-GaN Gate HEMT Using Active Passivation and Virtual Body為題，以口頭報告形式展示，文章的第一作者是北京大學集成電路學院博士研究生楊俊杰，通訊作者是魏進研究員。
2. 高性能GaN p-FET器件
目前，GaN功率器件已經發(fā)展的較為成熟。為了充分發(fā)揮GaN的全部潛力，高效能的GaN互補邏輯電路的發(fā)展勢在必行。然而，由于p型溝道層內受主電離率較低，增強型GaN p-FET具有較低的電流密度。這一問題嚴重限制了GaN互補邏輯電路的發(fā)展。
針對上述問題，魏進/王茂俊團隊提出了一種新型電離增強技術，實現E-modeGaNp-FET電流密度的大幅度提升。該工作以Polarization-Assisted Acceptor Ionization in E-ModeGaN p-FET on 650-V E-mode p-GaN Gate HEMT(EPH) Platform為題，以口頭報告形式展示，文章的第一作者是北京大學與北京工業(yè)大學聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生李騰，通訊作者是魏進研究員和北京工業(yè)大學張蒙教授。
3. GaN功率器件動態(tài)電阻測試平臺
動態(tài)導通電阻退化是GaN功率器件的一個顯著特征。GaN器件經歷關態(tài)耐高壓及開關切換后會出現導通電阻增大現象，這會影響器件的動態(tài)穩(wěn)定性及可靠性。目前，動態(tài)電阻測試平臺功能較為單一，難以對GaN器件動態(tài)電阻性能進行全面評估。
針對上述問題，魏進/王茂俊團隊提出了基于電容負載的多功能GaN功率器件動態(tài)電阻測試平臺。該平臺充分考慮了開關切換類型對動態(tài)電阻的影響，可用于片上和封裝器件動態(tài)電阻的長時間退化研究。該工作以Versatile Dynamic On-Resistance Test Bench forGaN Power Transistors with Considerations for Soft and Hard Switching, Time-Resolved Test, Packaged and On-Wafer Devices為題，以口頭報告形式展示，文章的第一作者是北京大學集成電路學院博士研究生勞云鴻，通訊作者是魏進研究員。
4. 增強型GaN功率器件動態(tài)閾值漂移與誤開通現象
GaN功率器件由于其本身的材料特性的優(yōu)勢，在功率電子領域展現出巨大的潛力，正成為下一代功率半導體技術的領先選擇。但是GaN功率器件存在閾值電壓不穩(wěn)定的問題，降低了其在實際電路應用中的可靠性。
針對上述問題，王茂俊/魏進團隊深入研究了650 V 商用肖特基p-GaN HEMT 閾值電壓負漂對器件誤開啟的影響，并揭示了該問題對溫度的依賴性。研究證明在低溫下器件誤開啟的風險會進一步上升。該工作以Analysis of False Turn-on of Schottky p-GaN HEMT in Bridge-leg Circuit over −55°C - 150°C Operating Temperature Range為題，發(fā)表于今年ISPSD，文章第一作者是北京大學軟件與微電子學院碩士研究生范澤濤，通訊作者是王茂俊副教授和魏進研究員。
5. GaN功率器件的短路能力提升技術
由于具有出色的高頻工作性能，氮化鎵功率器件在消費類電子產品中已經得到了廣泛的應用。電機驅動等工業(yè)級應用領域對功率器件的短路能力有很高的要求。但是，GaN功率器件的短路可靠性較差，這限制了其在工業(yè)級高功率領域的大規(guī)模應用。
針對上述問題，魏進/王茂俊團隊提出了具有肖特基延伸金屬的新型p-GaN柵極HEMT。在器件中緊鄰源極的區(qū)域引入一個肖特基延伸區(qū)，所提出的新型器件具有更低的飽和電流密度，大幅度提高了器件的短路能力。該工作以Design and Development of p-GaN Gate HEMT with Schottky Source Extension for Improved Short Circuit Reliability為題，發(fā)表于今年ISPSD，文章的第一作者是北京大學集成電路學院博士研究生余晶晶，通訊作者是魏進研究員。
6.高柵極電壓擺幅GaN功率器件技術
p-GaN柵極GaN功率器件是目前商業(yè)化的主要器件，然而該器件還存在動態(tài)閾值電壓漂移、柵極驅動擺幅小以及動態(tài)電阻退化等問題，限制其進一步發(fā)展。
針對上述問題，魏進/王茂俊團隊提出了一種帶有背部虛擬體和p-GaN電勢穩(wěn)定器的MIP-HEMT技術，MIP柵極可以承受額外的柵極偏壓，將器件的柵極電壓擺幅提高至20.4V；背部虛擬體可以有效地屏蔽緩沖層陷阱，從而實現低的動態(tài)導通電阻；p-GaN電勢穩(wěn)定器可以快速地消除p-GaN中存儲的電荷，從而實現穩(wěn)定的閾值電壓。該工作以metal/Insulator/p-GaN Gate Virtual-Body HEMT for Large Gate Swing and Effective hole Injection為題，發(fā)表于今年ISPSD，文章的第一作者是北京大學集成電路學院博士研究生楊俊杰，通訊作者是魏進研究員和王茂俊副教授。
關于IEEE ISPSD
IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD)是功率半導體器件領域的頂級會議，以論文錄用率低、作品創(chuàng)新性和實用性強著稱，每年吸引全球范圍內大量學術界、工業(yè)界研發(fā)人員的關注和參與。歷史上關于功率器件的眾多重大進展均在ISPSD大會首次展示。會議內容涉及高壓功率器件、低壓功率器件、功率集成技術、SiC功率器件、GaN功率器件等方面。IEEE ISPSD在歐洲、北美、日本、其他地區(qū)輪流舉辦，2024年ISPSD的舉辦地為德國不來梅市，2025年ISPSD將在日本熊本市舉辦。
論文鏈接：
[1] J. Yang, et al., “Suppression of Hot-Electron-Induced Dynamic RON Degradation in p-GaN Gate HEMT Using Active Passivation and Virtual Body”, Proc. ISPSD, 2024, p. 530.
[2] T.Li, et al., “Polarization-Assisted Acceptor Ionization in E-ModeGaN p-FET on 650-V E-mode p-GaN Gate HEMT(EPH) Platform”, Proc. ISPSD, 2024, p. 160.
[3] Y.Lao, et al., “Versatile Dynamic On-Resistance Test Bench for GaN Power Transistors with Considerations for Soft and Hard Switching, Time-Resolved Test, Packaged and On-Wafer Devices”, Proc. ISPSD, 2024, p. 534.
[4] J. Yang, et al., “metal/Insulator/p-GaN Gate Virtual-Body HEMT for Large Gate Swing and Effective hole Injection”, Proc. ISPSD, 2024, p. 287.
[5] J.Yu, et al., “Design and Development of p-GaN Gate HEMT with Schottky Source Extension for Improved Short Circuit Reliability”, Proc. ISPSD, 2024, p. 263.
[6] Z.Fan, et al., “Analysis of False Turn-on of Schottky p-GaN HEMT in Bridge-leg Circuit over −55°C - 150°C Operating Temperature Range”, Proc. ISPSD, 2024, p. 275.
