氮化鎵基浮空複合場板功率器件研究

《氮化鎵基浮空複合場板功率器件研究》是依託西安電子科技大學，由毛維擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氮化鎵基浮空複合場板功率器件研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：毛維
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

當前，新型高性能、低損耗功率器件的研發已成為提高電能利用率、節約能源、緩解能源危機的有效途徑之一。本課題旨在研究一種新型場板功率器件- - GaN基浮空複合場板功率器件，開展器件理論模型和實現方法的探索。重點對器件工作機理和理論解析模型，器件結構最佳化，以及浮空複合場板功率器件實現方法開展研究，最終得到浮空複合場板功率器件的二維全解析模型和高性能的功率器件樣品，並構建一套通用性強、可移植性好和套用性強的場板器件解析建模的方法和理論。本項目研究將為新型GaN基高耐壓功率器件的發展奠定基礎，為電力電子技術的發展注入新的活力。

結題摘要

本課題主要圍繞GaN基浮空複合場板功率器件的理論解析模型和實現方法開展了系統的理論和實驗研究。在理論研究方面，基於泊松方程和電磁場相關理論構建了單場板結構和浮空複合場板結構GaN基功率器件的二維全解析理論模型，詳細剖析了器件工作機理，獲得了器件最佳化設計方法和規律，並形成一套準確性好、實用性強、通用性強的器件建模方法和理論；開展了漏場板GaN基功率器件正向和反向關斷特性研究及肖特基漏複合場板HEMT器件研究，為本課題器件解析模型研究成果在可正向和反向阻斷場板器件理論研究領域的推廣和套用奠定了基礎；提出並研究了一種擊穿電壓高、工藝簡單的T形柵場板HEMT器件，進一步豐富了本課題的理論研究。在實驗研究方面，基於器件理論研究結果最佳化設計了GaN基浮空複合場板功率器件的結構和版圖；開展了大輸出電流SiN/AlInN/AlN/GaN SiN-FP-MIS-HEMT器件研究，獲得了SiN介質澱積最佳化工藝條件，確保了各場板及其間距的保形覆蓋；開展了增強型GaN基功率器件實現方法研究，探索出多種增強型器件研製方法和工藝條件；開展了GaN基功率器件擊穿機理和擊穿表征方法研究，提出了一種普遍適用於GaN基HEMT器件的更合理、更科學和更有效的擊穿表征方法；開展了傾斜柵GaN基HEMT器件研究，最佳化了柵結構製備工藝，提升了器件可靠性；最後開展了GaN基浮空複合場板功率器件研製，獲得了高性能器件樣品，研發的典型單浮空場板器件具有良好的直流特性、脈衝特性和頻率特性，相比等效場板長度相同的傳統場板器件的擊穿電壓增加26%，場板效率增加33%，且製造工藝簡單，非常適合高壓大功率套用。本課題的理論研究成果將填補國內外在GaN基高壓大功率器件二維全解析模型領域的空白，提供一種可廣泛套用於器件設計的實用方法和有效工具，是發展我國具有自主智慧財產權的器件模型的有益補充；本課題的實驗研究成果將為電力電子技術的發展注入新的活力，所研發的高性能器件及工藝實現方法可在電動汽車、電氣鐵路驅動、新能源發電功率調節系統等領域發揮重要作用，為我國進一步研發具有自主智慧財產權的高性能功率積體電路奠定一定基礎。