最近、電子科学工学院のChen Peng教授とZhang Rong教授のチームは、二重バリアアノード構造を使用した036Vのターンオン電圧と10kVのブレークダウン電圧を備えた横型AlGaN/GaNショットキーバリアダイオードというタイトルの研究論文をジャーナルに発表しました。チップ。この研究では、ダブルバリアアノード構造を採用することで、ターンオン電圧036V、降伏電圧10kVの横型AlGaN/GaNショットキーバリアダイオードを実現した。 Xu Ru 博士が筆頭著者で、責任著者は Chen Peng 教授、Zhang Rong 教授、Zheng Youdou 教授です。()
III-V 族窒化物は、典型的なワイドバンドギャップ半導体材料です。これらの中でも、窒化ガリウム (GaN) は優れた代表例であり、オプトエレクトロニクスおよびパワー エレクトロニクスの分野で広範な用途が見出されます。特に、AlGaN/GaN 構造は、高い電子濃度 (~1×1013 cm-2) と高い電子移動度 (~2000 cm2/V・s) を備えた二次元電子ガス (2-DEG) を生成できます。高い臨界電界 (約 33 MV/cm) と組み合わせることで、AlGaN/GaN ベースのパワー エレクトロニクス デバイスは、より高速なスイッチング速度、より低いオン抵抗、より高い降伏電圧を実現できます。これらには、家庭用電化製品、自動車エレクトロニクス、新エネルギー、産業用モーター、さらには超高圧 (UHV、>10 kV) 電子分野など、幅広い潜在的な用途があります。これらのデバイスの中でも、パワーショットキーバリアダイオード (SBD) は特に重要であり、電力変換システムの中核コンポーネントの 1 つです。 GaN パワー SBD の開発における重要な課題の 1 つは、超低損失/高出力デバイスを作成することです。これには、デバイスの順方向ターンオン電圧を効果的に低くすることが含まれます (Vオン)、ブレークダウン電圧が大幅に向上します (BV) GaN SBD の。低いVオン/ 低い固有オン抵抗 (Rオン、sp) と高いBV漏れ電流が少ない (I漏れ) は、高性能 AlGaN/GaN パワー SBD、特に低損失および高効率の電力伝送システムにとって重要です。近年、数多くの高性能AlGaN/GaN SBDが報告されています。Vオン02 V ～ 08 V の範囲およびBV013 kV ～ 100 kV の範囲。ただし、Vオン、I漏れ、およびBVは主にショットキー接触によって決定されるため、3 つのパラメータすべてを同時に改善することが困難になります。
この研究グループは、デバイスの逆バイアス時の表面電界の低減と最適化、アノードトレンチ準備プロセス、バッファ層と基板材料、アノード構造に焦点を当て、GaN SBDの降伏メカニズム、リーク電流輸送メカニズム、空乏化メカニズムを研究することにより、高電圧GaN SBDを開発しました。高電圧 SBD のブレークダウン電圧を最適化するためのさまざまな端子構造が実証されており、これには、以前に報告されたフィールド プレートを備えた 27 kV および 34 kV の AlGaN/GaN SBDs²-³ も含まれます。研究者の以前の研究によると、BVSi 基板上の AlGaN/GaN ショットキー バリア ダイオードの開発は依然として困難です。彼らは、サファイア基板上に成長させた高品質の GaN 材料を使用することにより、次のような高性能の AlGaN/GaN SBD を報告しました。BV10 kVを超える⁴⁻⁵。
図。 1 |サファイア基板上に鋸歯状の DBA 構造を備えた横型 AlGaN/GaN SBD の概略図。
Vオン図2に示すように、037 Vのドミナント値と036 Vのドミナント値。
図。 2 | (a) 40 DBA SBD デバイスの順方向 I-V 特性、(b) ターンオン電圧分布。
逆の場合I-V特性からわかるように、DBA アノード デバイスの漏れ電流は、Pt アノードと比較してわずかに高くなりますが、Ta アノード デバイスと比較すると 2 桁低くなります。一方、デバイスの降伏電圧はPtアノードと一致しており、図3に示すように、両方とも10 kVを超え、Taアノードデバイスの7 kVを上回っています。Rオン、spデバイスの は 251 mΩ·cm²、I漏れは 25×10⁻⁶ A/mm、P-FOM は 40 GW/cm² にもなります。
この作品はより高い効果を実証するだけではありませんBVすべての基板上のすべての横型 GaN SBD で P-FOM に電力を供給するだけでなく、同時に 036 V の低い順方向電圧も達成します。BVとVオンこの研究における GaN ベースの横方向 SBD の様子は、元の論文の図 7 に見ることができます¹。この研究は、GaN ベースのパワー エレクトロニクス デバイスの高性能の可能性と、低損失で高効率の電力伝送システムにおけるその潜在的なアプリケーションを示しています。
参照
1 Xu、Rら。ダブルバリアアノード構造を採用した、ターンオン電圧036V、耐圧10kVの横型AlGaN/GaNショットキーバリアダイオードです。チップ 3, 100079 (2024).
2 Xu, R etal、凹型アノード構造を備えたシリコン基板上の 27 kV AlGaN/GaN ショットキー バリア ダイオード。固体電子。 175, 107953 (2021).
3 Xu, R etal、設計されたアノード構造を備えたシリコン基板上の 34 kV AlGaN/GaN ショットキー バリア ダイオード。IEEE 電子デバイスレット。42, 208-211 (2021).
4 Xu、Rら。高出力性能指数、106 kV AlGaN/GaN 横型ショットキー バリア ダイオード。シングル チャネルおよびアノード/カソード間の間隔が 100 μm 未満です。プレプリントは https://doiorg/1048550/arXiv210806679 (2021) にあります。
5 Xu、Rら。高出力性能指数、106 kV AlGaN/GaN 横型ショットキー バリア ダイオード。シングル チャネルおよびアノード/カソード間の間隔が 100 μm 未満です。小 18, 2270199 (2022).
6 Xu、Rら。ダブルバリアアノード構造を採用した、ターンオン電圧036V、耐圧10kVの横型AlGaN/GaNショットキーバリアダイオードです。プレプリントは https://doiorg/1048550/arXiv220607881 (2022) にあります。
論文へのリンク:
出典:電子理工学部
特派員: 陳鵬