硅基氮化鎵橫向功率器件因其低比導(dǎo)通電阻、高電流密度、高擊穿電壓和高開(kāi)關(guān)速度等特性，已成為下一代高密度電力系統(tǒng)的主流器件之一，并在電子消費(fèi)產(chǎn)品中得到大規(guī)模應(yīng)用。由于硅基氮化鎵橫向功率器件電氣可靠性十分有限，主要表現(xiàn)在硬開(kāi)關(guān)工作環(huán)境中的動(dòng)態(tài)電阻退化效應(yīng)，這給其在壽命要求較長(zhǎng)的領(lǐng)域（如數(shù)據(jù)中心、基站等電源系統(tǒng)）應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)，阻礙了其在ICT電源等大功率領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用。 

　　提升硅基氮化鎵橫向功率器件可靠性的難點(diǎn)在于如何準(zhǔn)確測(cè)試出器件在長(zhǎng)期高壓大電流應(yīng)力工作下的安全工作區(qū)，如何保證器件在固定失效率下的壽命。硅基氮化鎵橫向功率器件在高壓大電流場(chǎng)景下的“可恢復(fù)退化”與“不可恢復(fù)退化”一直以來(lái)很難區(qū)分，這給器件安全工作區(qū)的識(shí)別和壽命評(píng)估帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。針對(duì)上述問(wèn)題，中科院微電子所劉新宇研究員團(tuán)隊(duì)基于自主搭建的硅基氮化鎵橫向功率器件動(dòng)態(tài)可靠性測(cè)試系統(tǒng)，從物理角度提出了硅基氮化鎵橫向功率器件開(kāi)關(guān)安全工作區(qū)的新定義及表征方法。該技術(shù)能夠表征硅基氮化鎵橫向功率器件開(kāi)發(fā)中動(dòng)態(tài)電阻增大的問(wèn)題及其開(kāi)發(fā)的硅基氮化鎵橫向功率器件對(duì)應(yīng)的材料缺陷問(wèn)題。 

　　上述研究成果以“Characterization of Electrical Switching Safe Operation Area On Schottky-Type p-GaN Gate HEMTs”為題發(fā)表在國(guó)際電力電子集成電路領(lǐng)域頂級(jí)期刊《IEEE Transactions on Power Electronics》上 （DOI: 10.1109/TPEL.2023.3265960）。高頻高壓中心博士生黃怡菲為文章第一作者，蔣其夢(mèng)研究員為通訊作者。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目以及北京市科委項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。 

圖 (a) 團(tuán)隊(duì)自主搭建的自動(dòng)化硅基氮化鎵橫向功率器件動(dòng)態(tài)可靠性研究平臺(tái)。(b) 基于器件是否生成新陷阱的角度區(qū)分硅基氮化鎵橫向功率器件的“可恢復(fù)退化”與“不可恢復(fù)退化”。(c) 提出一種檢測(cè)器件發(fā)生不可恢復(fù)退化的邊界的測(cè)試方法，以此測(cè)試序列表征器件開(kāi)關(guān)安全工作區(qū)。(d) 所測(cè)試的硅基氮化鎵橫向功率器件的開(kāi)關(guān)安全工作區(qū)。