中國科學(xué)院在氮化鎵 GaN 器件可靠性及熱管理研究方面取得重要進展

IT之家 12 月 11 日消息，據(jù)中國科學(xué)院微電子研究所消息，近日，微電子所高頻高壓中心劉新宇研究員團隊在氮化鎵電子器件可靠性及熱管理方面取得突破，六項研究成果入選第 14 屆氮化物半導(dǎo)體國際會議 ICNS-14（The 14th International Conference on Nitride Semiconductors）。

氮化物半導(dǎo)體材料在光電子、能源、通信等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著下游新應(yīng)用的快速發(fā)展以及襯底制備技術(shù)的不斷突破，氮化物半導(dǎo)體功率器件實現(xiàn)了成本和效率的大幅改善，但器件的閾值漂移、電流坍塌、熱管理等瓶頸問題仍然制約著器件可靠性的突破，限制了其向更高電壓和更大功率應(yīng)用領(lǐng)域拓展。

科研團隊成功應(yīng)用氧化鋁鈍化技術(shù)有效恢復(fù)了薄勢壘氮化鎵器件的二維電子氣，實驗上確定了電荷來源和界面電荷數(shù)量，為自主研制超薄勢壘增強型器件奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

在可靠性方面，團隊采用高溫遠程等離子體預(yù)處理技術(shù)，穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)了原子級臺階形貌，改善了器件的閾值漂移和電流崩塌現(xiàn)象。團隊還深入研究了深能級界面態(tài)的起源和抑制機理，為進一步提升器件性能提供了理論基礎(chǔ)。針對 P-GaN 柵增強型 HEMTs，團隊采用輕摻雜漏極技術(shù)，有效調(diào)控了柵下的二維電子氣濃度和關(guān)態(tài)表面電場，使器件獲得更出色的關(guān)態(tài)特性。團隊還自主搭建了電感負(fù)載評估平臺，利用該平臺研究了商用肖特基型 P-GaN 柵器件和 HD-GIT 器件在復(fù)雜工作模式下的動態(tài)導(dǎo)通電阻，為 p-GaN 柵極 GaN HEMT 的穩(wěn)定性提供了新思路。

在熱管理方面，團隊通過引入高導(dǎo)熱氮化鋁鈍化介質(zhì)并在   器件正面設(shè)計散熱通道，將器件的結(jié)溫降低了 50℃。團隊還開發(fā)了基于集總參數(shù)電熱網(wǎng)絡(luò)（LPETN）模型的 SenseFET 電流檢測元件，實現(xiàn)了對 GaN 功率器件溫度分布和傳導(dǎo)電流分布的高精度檢測。

上述六項研究成果在 ICNS-14 上進行了口頭 / 海報展示，兩項工作獲評大會“best student award”。相關(guān)成果的通訊作者為微電子所黃森研究員、王鑫華研究員和蔣其夢研究員。研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃、自然基金重點和中國科學(xué)院裘搓基金重點等項目的支持。

IT之家注：ICNS 是氮化物領(lǐng)域最權(quán)威、最有影響力的學(xué)術(shù)會議之一，聚集了全球氮化物半導(dǎo)體領(lǐng)域的著名科學(xué)家、工程師及業(yè)界人士。