浮结型GaN垂直结构肖特基二极管研究
批准号:
62104135
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘超
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:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘超
中文摘要
GaN垂直结构肖特基二极管具有开关速度快、击穿电压高、导通电阻低的优良特性,对于实现紧凑、高效、兼容的功率系统至关重要。传统均匀掺杂的GaN垂直结构肖特基二极管在反偏状态时,其内建电场呈三角形分布。随着反偏电压增加,器件在肖特基接触面处发生提前击穿。为了充分发挥GaN材料高击穿场强的优势,申请人提出采用浮结型GaN垂直结构肖特基二极管方案,改变传统器件反偏时的三角形电场分布,在漂移层中形成两个电场峰值,以增加漂移层的平均击穿场强,提高器件的反向耐压能力。在前期研究中,我们初步生长了浮结型GaN垂直结构肖特基二极管外延结构,研究了p型浮动结的关键参数对器件性能的影响。本项目拟基于前期研究基础,进一步深入研究p型浮动结的界面特性对器件性能的影响机制,建立浮结型GaN肖特基二极管的三维解析模型,制备出高性能的浮结型GaN垂直结构肖特基二极管器件,促进其更快进入新一代高压、大电流功率应用市场。
英文摘要
GaN vertical Schottky diodes feature a fast switching speed, a high breakdown voltage, and a low on-resistance, which is essential for a compact, efficient and compatible power system. Triangular distribution of the built-in electric field is formed when the conventional GaN vertical Schottky diode with a uniform drift layer doping is under reverse bias. A premature breakdown can be observed at the Schottky contact interface with increased reverse bias. In order to take full advantage of the high breakdown strength of the GaN material, we designed a GaN vertical Schottky diode with floating-junction structures, in which the triangular electric field distribution is converted to a two-peak distribution. As a result, the average breakdown strength of the drift layer can be boosted and the breakdown voltage of the devices is increased. In our previous study, we have successfully grown the GaN vertical Schottky diode structure with floating junctions and investigated the impact of the key parameters of the p-type floating junctions on the device performance. Based on our previous results, we are planning to further study the impact of the interface characteristics between the floating junctions and the drift layer on the device performance. A three-dimensional analytical model for the GaN vertical Schottky diodes with floating junctions will be established and high-performance GaN vertical Schottky diodes will also be fabricated, which can promote their applications into the new generation of high-voltage, high-current power markets.
在垂直型氮化镓(GaN)肖特基二极管(SBD)的耐压漂移层中引入p型浮动结(FI)可以有效地调控器件反向偏置下的电场分布,突破单极型GaN功率器件的一维理论极限。本项目围绕FI型GaN垂直结构SBD器件的模型构建、外延生长、工艺开发,以及器件制备等方面开展了研究工作。建立了FI型GaN垂直结构SBD的器件物理模型,研究了单层及多层p型FI的关键参数对器件漂移区电场分布以及器件耐压与导通特性的影响规律。开发了选区刻蚀与二次外延相结合的工艺方案,攻克了PIN外延结构的生长、p型FI的选区刻蚀、FI界面的损伤修复,以及漂移层的二次外延等关键工艺,实现了对p型FI界面特性的有效调控,完成了高质量FI型GaN垂直结构SBD外延结构的生长。设计了p型结终端延伸(JTE)、沟槽型结势垒肖特基(TJBS)二极管、混合PN肖特基(MPS)二极管,以及T型MPS(TMPS)二极管等器件结构,开发了选区外延、离子注入以及受主激活等关键工艺,改善了器件表面电场聚集导致的提前击穿问题,完成了FI型GaN垂直结构SBD的制备。基于高铝组分铝镓氮(Al0.51Ga0.49N)材料制备了垂直结构SBD器件,利用超宽禁带半导体更高的临界击穿场强进一步改善SBD器件的耐压特性。基于金属氧化物半导体(MOS)结构,实现了兼具高击穿电压与低开启电压的GaN垂直结构MOS沟道二极管(MCD)器件,为解决传统垂直结构SBD器件的肖特基势垒降低问题提供了有效方案。项目实施期间项目团队共发表论文11篇,项目负责人均为通讯作者,其中本领域SCI权威期刊论文10篇,功率半导体领域国际顶级会议ISPSD论文1篇;申请中国发明专利5件,在国际学术会议报告4次。在本项目的资助下,6名研究生取得硕士学位,2名硕士研究生转为博士研究生继续攻读学位,另有4名在读博士生也在本项目的资助下开展科研工作。在本项目的培育下,项目负责人获批“十四五”国家重点研发计划青年科学家项目。项目团队成员共计4人次获国家奖学金,1人次获山东省优秀毕业生,超额完成项目预期目标。
靶向病毒RNA聚合酶的新型高选择性核苷类化合物的结构改造及抗流感活性评价
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批准号:--
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:刘超
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依托单位:
基于ZnHAp/PL(G)A的多层多级微纳米仿生骨支架的制备及骨免疫调控性能研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:刘超
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依托单位:
国内基金
海外基金