最新成果展示:具有1.1 kV级高击穿电压的GaN基肖特基二极管

2023-11-08 00:50

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       为实现具有高击穿电压和优异正向特性的第三代半导体功率器件,天津赛米卡尔科技有限公司技术团队依托先进的半导体TCAD仿真平台,优化设计了一种具有p-NiO插入终端的混合式肖特基势垒二极管结构(Hybrid SBD)。近日,该团队又制备出击穿电压高达1.1 kV级的Hybrid SBD芯片,实验趋势复现了前期的仿真设计结果。

Hybrid SBD的结构

      如图1(a)所示,Hybrid SBD结构采用MOCVD技术生长在[0001]晶相的蓝宝石衬底上。Hybrid SBD结构主要包括2 μm厚的GaN电流扩展层、8 μm厚的漂移层、p-NiO场环和SiO2绝缘层,该结构的设计是为了利用p-NiO场环结合MIS场板结构形成混合式肖特基势垒二极管结构。图1(a1)是混合边缘终端的TEM图。

图1. GaN基混合式肖特基势垒二极管的(a)器件结构示意图和(a1)混合边缘终端的TEM图。

Hybrid SBD的特性

       如图2(a)所示,当器件外加反向偏置时,Hybrid SBD结构能实现更高的击穿电压,其中,实验制备与仿真设计的结构均实现了1.1 kV级的击穿电压。这是由于当器件处于反向偏置时,p-NiO/n-GaN形成反偏PN结,可以有效地减小金半接触界面的电场分布,从而降低由镜像力效应引起的漏电流。此外,当器件在正向偏置条件下时,仿真结果和实验结果均展示出Hybrid SBD结构具有更高的电流密度,这主要归功于引入的p-NiO插入终端可以增强器件的电流扩展能力,从而减小导通电阻和减弱电流拥挤引起的强的非辐射复合,进而减小Hybrid SBD结构的理想因子,如图2(b)和(c)所示。

图2.(a)平面Ref SBD和Hybrid SBD器件的仿真和实验测试的反向I-V曲线与仿真拟合曲线;(b)实验测试的正向I-V曲线与仿真拟合曲线;(c)实验测试的semi-log形式的正向I-V曲线与理想离子。

参考文献

[1] Jpn. J. Appl. Phys., vol. 61, no. 1, p. 014002, Jan. 2022, doi: 10.35848/1347-4065/ac40cf.

[2] Appl. Phys. Express, vol. 15, no. 8, p. 084001, Aug. 2022, doi: 10.35848/1882-0786/ac7eac.

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