近日，中國(guó)科學(xué)院微電子所高頻高壓中心GaN功率電子器件研發(fā)團(tuán)隊(duì)的2篇論文入選第36屆功率半導(dǎo)體器件和集成電路國(guó)際會(huì)議（ISPSD），其中戴心玥博士的口頭報(bào)告“An Enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT withIsland-Ohmic p-GaN featuring stable thresholdvoltage and large gate swing”榮獲大會(huì)唯一最佳青年學(xué)者獎(jiǎng)（ISPSD Charitat Young Researcher Award）。
????作為目前主流的增強(qiáng)型商用GaN功率器件，p-GaN柵極HEMT技術(shù)路線因具有良好的閾值均勻性受到廣泛關(guān)注。其中，肖特基接觸型p-GaN HEMT器件具有較小的柵極漏電和較大的柵極擺幅，但其存在閾值電壓不穩(wěn)定的問題；歐姆接觸型p-GaN HEMT器件（也被稱為柵極注入晶體管，Gate injection transistor）盡管具有良好的閾值電壓穩(wěn)定性，但存在顯著的柵極漏電問題。戴心玥博士創(chuàng)新提出了一種具有歐姆島鑲嵌的p-GaN柵（Island Ohmic p-GaN gate, 簡(jiǎn)稱IO-PGaN）增強(qiáng)型AlGaN/GaN HEMT器件結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的閾值電壓和較大的柵極擺幅。通過定制含有Mg重?fù)诫s蓋帽層的外延結(jié)構(gòu)，在歐姆島頂部實(shí)現(xiàn)良好的p型歐姆接觸，其余部分為肖特基接觸。此外，歐姆島側(cè)壁的肖特基接觸與頂部的歐姆接觸可以等效為一個(gè)常開型p-FET，當(dāng)歐姆島結(jié)構(gòu)足夠“窄長(zhǎng)”、或歐姆島結(jié)構(gòu)摻雜濃度足夠低時(shí)，側(cè)壁耗盡層更易夾斷溝道，該等效 p-FET 的閾值電壓增大，可實(shí)現(xiàn)柵極漏電的自鉗位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)繼承了肖特基型p-GaN柵器件的低漏電優(yōu)勢(shì)和歐姆柵器件良好的閾值穩(wěn)定性特點(diǎn)，在高柵壓和漏壓偏置工作條件下均能實(shí)現(xiàn)低柵極漏電和穩(wěn)定的閾值電壓，所制備的器件具有較陡峭的亞閾值擺幅。這項(xiàng)研究為提升商用p-GaN柵功率器件的可靠性提供了新的思路，具有重要的應(yīng)用前景。
????團(tuán)隊(duì)成員黃怡菲博士在大會(huì)上展示了題為 “In-situ Extraction of Time-resolved EOSS on GaN Power Device Based on a Modified Hard Switching Platform”的論文成果。GaN功率器件在高速開關(guān)功率變換器中，尤其是硬開關(guān)條件下，開關(guān)損耗成為總功耗中的主要部分。開關(guān)損耗得一部分和器件輸出電容COSS損耗（EOSS）有關(guān)，體現(xiàn)在COSS中存儲(chǔ)的電荷通過2DEG通道的放電過程。該工作提出了一種基于電感負(fù)載硬開關(guān)評(píng)估板的原位測(cè)量方法來表征動(dòng)態(tài)EOSS。這種易于實(shí)施的方法可以研究EOSS對(duì)各種參數(shù)的依賴性，包括總線電壓、長(zhǎng)期關(guān)斷漏極應(yīng)力（Pre-HVdrain-stress）和長(zhǎng)期硬開關(guān)應(yīng)力（Pre-HSW-stress）。該工作深入揭示了長(zhǎng)期應(yīng)力對(duì)EOSS的影響，這有助于評(píng)估實(shí)際應(yīng)用中連續(xù)硬開關(guān)應(yīng)力條件下GaN功率器件的功率損耗。
以上研究工作得到深圳平湖實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所的協(xié)助，同時(shí)得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院-香港裘搓基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院青促會(huì)優(yōu)秀會(huì)員和中國(guó)科學(xué)院微電子所-香港科技大學(xué)聯(lián)合微電子實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目的大力支持。
ISPSD作為IEEE旗下的功率半導(dǎo)體旗艦會(huì)議，涵蓋功率半導(dǎo)體器件和功率集成電路的設(shè)計(jì)、工藝、封裝和應(yīng)用等方向，是功率器件領(lǐng)域最具影響力和規(guī)模最大的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，被認(rèn)為是該領(lǐng)域的奧林匹克會(huì)議，三十多年以來一直都是國(guó)際產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界爭(zhēng)相發(fā)表重要成果的舞臺(tái)。
微電子所獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)與2023&2024兩屆ISPSD大會(huì)主席合影
新型歐姆島狀p-GaN柵結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型AlGaN/GaN HEMT器件
科研工作