论文部分内容阅读
近年来,得益于芯片面积小、封装简便、出色的电流崩塌抑制能力等优势,垂直型GaN基功率器件已成为功率电子领域的一个重要研究分支。而如何进一步改善器件中击穿电压与导通电阻之间的折衷关系,是当前国内外垂直型GaN基功率器件的研究焦点之一。本文针对高耐压垂直型GaN基功率器件的导通特性和阻断特性,重点开展了器件结构创新、工作机理分析等研究工作,获得了众多有实用价值的研究成果和规律。本文的主要研究工作和成果如下。提出了一种非均匀掺杂超结垂直型GaN基功率器件,系统研究了非均匀掺杂超结结构参数与击穿电压、导通电阻之间的关系,揭示了器件内在的物理机制,并开展了器件结构优化设计。相比具有相同击穿电压的传统超结垂直型GaN基功率器件,该新型器件的导通电阻可实现51%的降幅。提出并研究了一种阶梯掺杂超结垂直型GaN基功率器件,显著改善了器件击穿电压与导通电阻之间的折衷关系。与传统超结垂直型GaN基功率器件相比,采用三个掺杂区的器件击穿电压可提高30%,同时相应导通电阻可减小10.6%,且通过增加n柱和p柱中的掺杂层可以在几乎不损失击穿电压的情况下进一步减小导通电阻。针对反向阻断能力,研究了一种新型漏连接半超结垂直型GaN基功率器件,缓冲层掺杂浓度为3.5×1016cm-3的器件,可实现-3920V反向击穿电压。此外,仿真研究了漏连接半超结结构参数对反向击穿电压、导通电阻的影响,分析了漏连接半超结改善器件反向阻断特性的内在机理。提出了一种漏连接悬浮超结垂直型GaN基功率器件,P柱距离CBL的垂直距离Tup=3.4μm的器件正向击穿电压为3549V,而反向击穿电压为-3562V,实现了优异的双向阻断功能。借助数值仿真详细分析了该新型器件的导通特性、双向阻断特性与器件结构参数的相关性,剖析了漏连接悬浮超结改善器件双向阻断特性的物理机制,获得了具有实用价值的研究结果和规律。