新型極化摻雜電流阻擋層GaN VHFET耐壓理論與新結構

《新型極化摻雜電流阻擋層GaN VHFET耐壓理論與新結構》是依託電子科技大學,由杜江鋒擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型極化摻雜電流阻擋層GaN VHFET耐壓理論與新結構
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：杜江鋒

項目摘要

具有更高耐壓和電源轉換效率的GaN功率電子器件正成為國際研究熱點。針對目前橫向與垂直結構GaN異質結器件存在的技術難點，經深入研究器件擊穿機理和泄漏電流的產生根源，本項目創新提出具有極化摻雜電流阻擋層的GaN垂直異質結場效應電晶體（GaN PD-VHFET）來同時實現高擊穿電壓與低導通電阻。研究工作圍繞極化摻雜增強理論建模、電流阻擋層結構最佳化以及材料器件實驗驗證三個方面展開。首先建立漸變Al組分AlGaN電流阻擋層極化摻雜增強理論模型和GaN PD-VHFET耐壓優值物理模型；然後開展器件關鍵結構參數最佳化設計，利用AlGaN電流阻擋層產生的極化電場來提升p型雜質激活率以獲得更高的空穴濃度，抑制亞閾值泄漏電流以實現器件擊穿電壓的提升；並探索新結構外延材料生長和器件實驗驗證等關鍵工藝技術。該新結構器件的實現將為拓展GaN HFET在新型功率電力電子器件領域的套用提供新的理論方案和技術途徑。

結題摘要

在基金資助下，本項目針對當前GaN異質結器件實現高耐壓存在的技術難點，全面深入研究了器件擊穿機理和泄漏電流的產生根源，並創新提出了具有極化摻雜電流阻擋層的GaN垂直結構場效應電晶體（GaN PD-VHFET）來同時實現高擊穿電壓與低導通電阻。具體研究成果如下：（1）創新提出漸變Al組分AlGaN電流阻擋層的極化摻雜增強理論，建立了器件物理模型。經理論、仿真和實驗的對比分析表明各數據結果基本吻合，驗證了該模型的準確性。（2）完成了GaN PD-VHFET極化電流阻擋層（PD-CBL）關鍵結構參數最佳化，獲得了器件功率優值；並進一步創新提出了三種新型垂直結構器件。（3）完成了工藝開發和器件試製，實現了GaN PD-VHFET外延材料生長和關鍵工藝技術突破，完成新結構器件的實驗驗證。研究表明，該新結構器件的功率優值更接近GaN材料的理論極限，證明了其在功率器件領域的明顯優勢。 綜上可知，申請人成功完成了各項研究任務，取得了豐碩的研究成果。共發表SCI期刊論文25篇，EI論文1篇，會議論文21篇，均標註了基金資助；申請美國發明專利一項，申請中國發明專利30項，已授權專利18項。 國際合作方面，2014-2015年赴英國訪問期間與國際著名的功率半導體器件專家謝菲爾德大學Shankar Ekkanath Madathil教授有深入合作交流，併合作發表了SCI期刊論文4篇（均標註了基金資助）；先後邀請了PHILIPS公司Dr. G.F. Zhou、西蘇格蘭大學Richard Yongqing Fu教授、MITSUBISHI ELECTRIC公司Dr. Rui Ma和台灣長庚大學Hsiang-Chun Wang博士後等專家學者來國內開展學術交流。在本基金項目支持下，培養了博士生3名，畢業博士1名，培養畢業了碩士生共11名。