發(fā)布時間：2020-12-27 00:54

　　近年來,GaN基垂直型功率器件以其芯片面積小、擊穿電壓高、電流崩塌抑制能力強等優(yōu)勢而成為國內(nèi)外研究的熱點和焦點。然而,當(dāng)前的GaN基垂直型功率器件中擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的矛盾依然十分突出,尤其是受制于實現(xiàn)高P型摻雜濃度這一技術(shù)瓶頸,導(dǎo)致具有高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻的GaN基垂直型功率器件的研制具有非常大的挑戰(zhàn)。針對上述問題,本論文開展了多種新型GaN基垂直型功率器件的研究工作,基于數(shù)值仿真技術(shù)剖析了各器件的工作機制,深入研究、分析了器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料參數(shù)等對器件導(dǎo)通和阻斷特性的影響,并進行了器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,顯著緩解了器件中擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的矛盾,獲得一些具有實際指導(dǎo)意義的研究結(jié)果和規(guī)律。本文的主要研究工作和結(jié)果如下:提出了一種具有漸變Al組分且等分厚度緩沖層的槽柵型功率器件（GGU-CAVET）及一種具有漸變Al組分且非等分厚度緩沖層的槽柵型功率器件（GGN-CAVET）,仿真分析了器件結(jié)構(gòu)參數(shù)對擊穿電壓和導(dǎo)通電阻的影響規(guī)律,剖析了器件的工作機制。結(jié)果表明,GGU-CAVET和GGN-CAVET的最高擊穿電壓分別為2026V和2173V,均略高于傳統(tǒng)物理摻雜GaN基超結(jié)垂直... 

【文章來源】：西安電子科技大學(xué)陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

已發(fā)表成果與Si，GaAs，4H-SiC，GaN的理論極限比較

2.1 傳統(tǒng) GaN 基 CAVET 器件的結(jié)構(gòu)與仿真模型圖2.1 傳統(tǒng) GaN 基 CAVET 器件結(jié)構(gòu)示意圖圖 2.1 為傳統(tǒng) GaN 基 CAVET 器件的結(jié)構(gòu)示意圖，其為左右對稱結(jié)構(gòu)。最下層為漏極，與其上的 n+摻雜的 GaN 襯底之間形成歐姆接觸。襯底之上通過同質(zhì)外延形成n-摻雜的 GaN 緩沖層，隨后通過在 GaN 材料摻入 Mg 形成 P 型摻雜的電流阻擋層CBL 以及 CBL 之間的 n--GaN 孔徑。隨后再外延依次形成 40nm 厚的 GaN 溝道層和20nm 厚的 AlGaN 勢壘層，勢壘層上有 p+摻雜的 GaN 帽層以及絕緣介質(zhì) SiN 層，兩邊的源極與 GaN 溝道層以及 AlGaN 勢壘層形成歐姆接觸，P+-GaN 帽層上的柵極與其形成肖特基接觸。在關(guān)態(tài)下通過 p+-GaN 帽層和 P 型摻雜的 CBL 將溝道中的二維電子氣耗盡而使器件在零偏壓下關(guān)斷。

82.1.1 二維電子氣、三維電子氣及三維空穴氣的形成機理圖2.2 纖鋅礦晶格結(jié)構(gòu)示意圖[53]GaN 通常以兩種形式存在——在室溫和常壓情況下熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的六方纖鋅礦（Wurtzite，WZ）晶格結(jié)構(gòu)或者亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)六方閃鋅礦（Zinkblende，ZB）晶格結(jié)構(gòu)。因為功率器件通常工作環(huán)境溫度較高，所以研究人員一般使用前者來制作 GaN基功率器件。圖 2.2 是 GaN 的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的晶格結(jié)構(gòu)示意圖并且圖中的灰色原子為 Ga 原子而黃色原子為 N 原子，由圖可知纖鋅礦晶格結(jié)構(gòu)是 Ga 原子構(gòu)成的亞晶格與 N 原子構(gòu)成的亞晶格沿 c 軸互相套構(gòu)而成，其晶格常數(shù) a0=0.3189nm 和c0=0.5185nm[53]。纖鋅礦結(jié)構(gòu)的 GaN 材料是六方密堆積結(jié)構(gòu)，其密排面為（0001）并且 6 個 Ga 原子和 6 個 N 原子組成了一個 GaN 晶胞。表2.1 不同材料的自發(fā)極化與壓電極化參數(shù)[54]材料參數(shù)AlN GaN InN晶格常數(shù) a

【參考文獻】：
期刊論文
[1]氮化鎵技術(shù)在雷達中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 蔡志清.  電子技術(shù)與軟件工程. 2019(04)
[2]寬禁帶與超寬禁帶半導(dǎo)體器件新進展[J]. 郝躍.  科技導(dǎo)報. 2019(03)
[3]競爭性國企核心競爭力的提升:現(xiàn)狀、探源及反壟斷法制完善——由中美貿(mào)易戰(zhàn)中興事件說起[J]. 張金艷.  稅務(wù)與經(jīng)濟. 2018(06)
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博士論文
[1]AlGaN/GaN HFET擊穿特性分析與耐壓新結(jié)構(gòu)[D]. 趙子奇.電子科技大學(xué) 2013
[2]Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體外延層薄膜的生長與表征研究[D]. 王黨會.西安電子科技大學(xué) 2013

碩士論文
[1]新型高耐壓垂直型GaN基功率器件的研究與設(shè)計[D]. 石朋毫.西安電子科技大學(xué) 2018
[2]垂直型GaN基HEMT器件的耐壓特性研究[D]. 葛安奎.西安電子科技大學(xué) 2017
[3]AlGaN/GaN HEMT高場退化的機理研究[D]. 姜元祺.西安電子科技大學(xué) 2014



本文編號：2940779