常關型寬禁帶氮化鎵MOS場效應電晶體的研究

常關型寬禁帶氮化鎵MOS場效應電晶體的研究

《常關型寬禁帶氮化鎵MOS場效應電晶體的研究》是依託中山大學,由劉揚擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

  • 中文名:常關型寬禁帶氮化鎵MOS場效應電晶體的研究
  • 項目類別:面上項目
  • 項目負責人:劉揚
  • 依託單位:中山大學
中文摘要,結題摘要,

中文摘要

第三代半導體材料GaN具有寬禁帶、高擊穿臨界電場強度、高飽和電子漂移速度等特點,與傳統Si材料相比,更加適合於製作高功率大容量、高開關速度電力電子器件,比傳統Si材料更節能。但是與Si材料相比,GaN材料更加難於製成電力電子技術所必需的常關型開關電晶體,這是科技界與企業界公認的科技難點。本項目以研發具有自主智慧財產權的高性能GaN 基常關型場效應電晶體核心技術為目標,以期解決在器件製備過程中的關鍵技術問題。本項目在我們前期利用選擇區域生長法製作常關型AlGaN/GaN異質結構場效應電晶體的基礎上,主要研究以下三個方面的內容,:(1)二次生長界面控制機理與技術的研究,以期獲得高質量二次生長AlGaN異質結構;(2) 選擇性生長掩膜材料對氮化物半導體的影響機理,以保證高質量柵溝道的形成;(3) 高性能絕緣材料的製備以及三族氮化物MOS界面控制機理與技術的研究,以期獲得高質量柵介質層。

結題摘要

第三代半導體材料GaN具有寬禁帶、高擊穿臨界電場強度、高飽和電子漂移速度等特點,與傳統Si材料相比更加適合於製作高功率大容量、高開關速度電力電子器件,而且可以實現系統小型化、輕量化,大大降低製作成本,在消費類電子、雲服務、新能源、汽車電子等領域擁有巨大的套用前景。 本項目以研發具有自主智慧財產權的高性能GaN 基常關型場效應電晶體核心技術為目標,主要研究以下三個方面的內容,:(1)二次生長界面控制機理與技術的研究;(2) 選擇性生長掩膜材料對氮化物半導體的影響機理研究;(3) 高性能絕緣材料的製備以及三族氮化物MOS界面控制機理與技術的研究。 項目進展順利,並取得了一系列科研成果: (1)在Si襯底GaN異質材料外延生長方面:我們在AlN/GaN超晶格結構Si上GaN外延層中,首次確認表征超晶格中GaN 應力狀態的Raman光譜特徵峰(Jpn. J. Appl. Phys., Vol.54)。觀測到該結構中表征GaN應力狀態的常規GaN E2H特徵峰出現了分峰現象,該分峰為AlN/GaN超晶格結構中GaN的應力特徵峰。這一發現的科學意義在於為實現AlN/GaN超晶格結構Si上GaN的應力調控提供了可靠依據和判據,為實現高耐壓Si襯底GaN外延奠定基礎。依此進一步確認了超晶格中AlN和GaN相對厚度及超晶格總周期數是影響頂層GaN的應力狀態的主要因素。基於此發現,結合C摻雜技術,我們在不破壞系統應力平衡的前提下,獲得了2.5微米厚度高電壓耐受的GaN外延層(266 V@1 nA/mm; 698 V@10 μA/mm; 912 V@1 mA/mm),單位外延層厚度擊穿電壓高達181V/μm(Semicond. Sci. Technol. )。 (2)在增強型GaN功率開關器件製備方面:採用具有自主智慧財產權的專利技術(SAG)方法,實現了高性能的槽柵結構增強型GaN肖特柵和絕緣柵功率開關器件的製備,源漏電流密度達550mA/mm,閾值電壓3.5V(Appl. Phys. Express.)。同時確認了該技術方案對提高器件閾值電壓的穩定性具有十分重要的作用。該技術創新的科學意義在於為業界提供一條實現高可靠性的常關型技術路線,提高器件閾值電壓的穩定性、可控性和均勻性,達到國際先進水平。該技術路線2012年被國際半導體業界知名雜誌Semiconductor Today轉載報導

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