中國科學(xué)院在氮化鎵 GaN 器件可靠性及熱管理研究方面取得重要進(jìn)展

IT之家 12 月 11 日消息，據(jù)中國科學(xué)院微電子研究所消息，近日，微電子所高頻高壓中心劉新宇研究員團(tuán)隊在氮化鎵電子器件可靠性及熱管理方面取得突破，六項研究成果入選第 14 屆氮化物半導(dǎo)體國際會議 ICNS-14（The 14th International Conference on Nitride Semiconductors）。

氮化物半導(dǎo)體材料在光電子、能源、通信等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著下游新應(yīng)用的快速發(fā)展以及襯底制備技術(shù)的不斷突破，氮化物半導(dǎo)體功率器件實現(xiàn)了成本和效率的大幅改善，但器件的閾值漂移、電流坍塌、熱管理等瓶頸問題仍然制約著器件可靠性的突破，限制了其向更高電壓和更大功率應(yīng)用領(lǐng)域拓展。

科研團(tuán)隊成功應(yīng)用氧化鋁鈍化技術(shù)有效恢復(fù)了薄勢壘氮化鎵器件的二維電子氣，實驗上確定了電荷來源和界面電荷數(shù)量，為自主研制超薄勢壘增強(qiáng)型器件奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

在可靠性方面，團(tuán)隊采用高溫遠(yuǎn)程等離子體預(yù)處理技術(shù)，穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)了原子級臺階形貌，改善了器件的閾值漂移和電流崩塌現(xiàn)象。團(tuán)隊還深入研究了深能級界面態(tài)的起源和抑制機(jī)理，為進(jìn)一步提升器件性能提供了理論基礎(chǔ)。針對 P-GaN 柵增強(qiáng)型 HEMTs，團(tuán)隊采用輕摻雜漏極技術(shù)，有效調(diào)控了柵下的二維電子氣濃度和關(guān)態(tài)表面電場，使器件獲得更出色的關(guān)態(tài)特性。團(tuán)隊還自主搭建了電感負(fù)載評估平臺，利用該平臺研究了商用肖特基型 P-GaN 柵器件和 HD-GIT 器件在復(fù)雜工作模式下的動態(tài)導(dǎo)通電阻，為 p-GaN 柵極 GaN HEMT 的穩(wěn)定性提供了新思路。

在熱管理方面，團(tuán)隊通過引入高導(dǎo)熱氮化鋁鈍化介質(zhì)并在   器件正面設(shè)計散熱通道，將器件的結(jié)溫降低了 50℃。團(tuán)隊還開發(fā)了基于集總參數(shù)電熱網(wǎng)絡(luò)（LPETN）模型的 SenseFET 電流檢測元件，實現(xiàn)了對 GaN 功率器件溫度分布和傳導(dǎo)電流分布的高精度檢測。

上述六項研究成果在 ICNS-14 上進(jìn)行了口頭 / 海報展示，兩項工作獲評大會“best student award”。相關(guān)成果的通訊作者為微電子所黃森研究員、王鑫華研究員和蔣其夢研究員。研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃、自然基金重點和中國科學(xué)院裘搓基金重點等項目的支持。

IT之家注：ICNS 是氮化物領(lǐng)域最權(quán)威、最有影響力的學(xué)術(shù)會議之一，聚集了全球氮化物半導(dǎo)體領(lǐng)域的著名科學(xué)家、工程師及業(yè)界人士。