课题基金 / 基金详情

新型高阈值电压GaN电力电子器件模型与关键技术研究

批准号:
U20A20208
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
260.0 万元
负责人:
罗小蓉
依托单位:
学科分类:
半导体电子器件与集成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
罗小蓉

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对GaN功率器件如何实现高阈值电压、高可靠性及高耐压的关键科学问题,本课题创新研究包括:2项模型与技术、2类新结构、成套制备工艺及增强型GaN器件的驱动集成电路。①提出GaN器件阈值电压调控模型和精确控制技术,为高阈值电压器件提供理论依据;②研究栅极失效和动态电阻衰退的物理机理,建立动态电阻模型,获得可靠性加固技术;③提出并研制具有新型终端结构的复合栅增强型GaN功率器件和多极化增强型GaN功率器件,耐压达600V-900V,阈值电压高于2V,输出电流高于350mA/mm,实现低泄漏电流与高可靠性;④开发高阈值电压、高可靠性GaN器件成套工艺,推动GaN增强型器件产业化;⑤设计高频、高效率和高可靠性的GaN增强型器件驱动集成电路,突破GaN器件阈值电压低且栅易击穿的应用瓶颈。本项目研究为GaN功率器件推向更高电压、更低功耗及更可靠奠定坚实基础,具有重要科学意义和实用价值。
英文摘要
To address the key scientific problems of how to realize high threshold voltage, high reliability and high breakdown voltage (BV) for GaN power electronics devices, this project launches the following innovative research: two models and technologies, two types of new structures, design of complete fabrication processes and driving integrated circuit of enhanced mode GaN devices. (1) The modulation model and accuracy control technology of threshold voltage for GaN devices are proposed to provide a theoretical guidance for high threshold voltage. (2) The physical mechanisms of gate failure and dynamic resistance degradation are studied and then the dynamic resistance model is established, based on which the reliability reinforcement technologies are obtained; (3) Two types of enhancement-mode (E-mode) GaN power devices are proposed and analyzed by simulation and experiments. One is trench type MIS HEMT with novel termination structure and the other is MIS HEMT with multi-polarization structure. The proposed new E-mode GaN devices achieve a low leakage current and high reliability, with breakdown voltage among 600V~900V, threshold voltage over 2V and current density over 350mA/mm. (4) The complete fabrication technologies and the industrialization are developed and promoted for GaN devices with high threshold voltage and high reliability. (5) A high frequency, high efficiency and high reliability gate driving integrated circuit for E-mode GaN devices are developed, which breaks through the application bottleneck of low threshold voltage and gate breakdown for GaN devices. The research of this project lays a solid foundation for GaN power devices to achieve higher voltage, lower power consumption and better reliability. This project owns important scientific significance and practical values.
本项目围绕GaN功率器件实现高阈值、高耐压及高可靠性等关键科学问题,开展研究,完成了所有预期研究目标,取得的主要成果包括:.(1)建立了阈值电压调控模型,获得了阈值电压精确控制技术,从而指导对增强型GaN器件阈值电压的设计和精确调控。.(2)提出并研制了6种新型高阈值电压、高可靠性GaN功率器件。其中,具有极化结的增强型RC-HEMT器件样品,器件阈值电压为2.19 V,击穿电压为723 V,饱和输出电流密度达400 mA/mm,动/静态电阻比为1.25,达到考核指标要求。.(3)开发了增强型GaN器件成套工艺。攻关了低阻欧姆接触、P型欧姆接触、低损伤高精度刻蚀、高质量栅介质沉积、F-注入等关键工艺,形成了增强型GaN器件成套工艺,推动了Si基GaN增强型器件产业化进程。.(4)进行了GaN器件的可靠性分析与加固技术研究,提出了500 ℃等离子体表面修饰技术和ALD-Al2O3栅介质的500℃退火工艺两种可靠性加固技术,将器件在的漏延迟模式下电流崩塌率由82%下降到33%。.(5)完成了高频、高效率和高可靠性的GaN器件驱动控制技术研究,研制出了GaN HEMT的驱动芯片;此外,设计了高速、低功耗、高共模串扰抑制的电平位移电路,实现了1.684 ns的低传输延迟和50 V/ns的高共模瞬态抗扰能力。.项目实施期内,累计在本领域IEEE TPE/EDL/TED、APL等权威期刊和IEEE ISPSD等重要国际会议发表论文47篇;申请相关国家发明专利30项,授权13项;培养了10名博士生、10名硕士生,项目负责人入选国家级人才奖励计划。
对称极化掺杂增强型功率GaN HFET机理与工艺实现研究
  • 批准号:
    61874149
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    罗小蓉
  • 依托单位:
空穴气增强型高压GaN HEMT机理与新结构研究
  • 批准号:
    51677021
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    罗小蓉
  • 依托单位:
结型场板横向功率器件机理与新结构研究
  • 批准号:
    61376079
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    罗小蓉
  • 依托单位:
高压、超低功耗的易集成SOI功率器件机理与新结构研究
  • 批准号:
    61176069
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    罗小蓉
  • 依托单位:
国内基金
海外基金