一種具有鰭狀陽極的垂直GaN功率二極管
發(fā)布時間：2021-11-05 01:32
針對垂直GaN肖特基二極管擊穿電壓低、泄漏電流大等問題,提出了一種具有鰭狀（Fin）陽極結構的高壓垂直GaN功率二極管。該結構利用陽極金屬與GaN半導體之間的功函數(shù)差耗盡二極管陽極與陰極之間的導電溝道,實現(xiàn)二極管關斷及反向耐壓的功能,因此,陽極不再需要進行肖特基接觸,僅需歐姆接觸即可。通過優(yōu)化Fin陽極結構參數(shù),新結構同時實現(xiàn)高擊穿電壓和低正向導通壓降,該器件的擊穿電壓為1 791 V(@1×10-4 A/cm2),正向導通壓降為0.815 V（@100 A/cm2）,導通電阻僅為0.73 mΩ·cm2且具有高的溫度穩(wěn)定性,開態(tài)電流擺幅高達1×1012量級。
【文章來源】：微電子學. 2020,50(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
具有Fin陽極的垂直GaN功率二極管結構示意圖
器件導通電阻組成與狀態(tài)示意圖:
器件反向耐壓特性的仿真結果及分析如圖3所示�？梢钥闯�,本文Fin二極管的雪崩擊穿特性硬,擊穿電壓高達1 791 V (@ 1×10-4 A/cm2)。這充分發(fā)揮了GaN材料高耐壓的優(yōu)勢,避免了GaN SBD因漏電導致的提前擊穿,該Fin二極管在擊穿前具有極低的反向泄漏電流,其在VAC= -1 600 V時,漏電流僅約為1×10-7 A/cm2,開關電流比(ION/IOFF @ VAC= -1 600 V)高達1×1010,遠高于GaN SBD器件。但器件擊穿前反向泄漏電流緩慢增加,且與所加電壓呈指數(shù)增長關系。原因是漏誘生勢壘降低效應(Drain Induced Barrier Lowering, DIBL)導致Fin溝道處勢壘高度緩慢降低。溝道中心處y方向導帶能量分布如圖4所示�？梢钥闯�,器件擊穿前溝道處勢壘寬度隨電壓增大而減小,勢壘高度則線性降低,線性擬合公式如圖3所示,具有很好的一致性,Fin溝道處兩側陽極金屬對溝道有較強的夾斷作用,使得勢壘高度下降并不明顯,因此不會導致器件提前漏電擊穿。當器件兩端所加反向電壓到達臨界擊穿點時,器件漏電流急劇上升,溝道處勢壘高度也急劇降低,但DIBL效應并不會導致勢壘高度的迅速下降。原因是器件雪崩擊穿產生的空穴進入Fin溝道區(qū),提高了Fin溝道區(qū)的電勢,導致勢壘高度隨雪崩漏電流的增加而迅速減小。
本文編號：3476804
【文章來源】：微電子學. 2020,50(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
具有Fin陽極的垂直GaN功率二極管結構示意圖
器件導通電阻組成與狀態(tài)示意圖:
器件反向耐壓特性的仿真結果及分析如圖3所示�？梢钥闯�,本文Fin二極管的雪崩擊穿特性硬,擊穿電壓高達1 791 V (@ 1×10-4 A/cm2)。這充分發(fā)揮了GaN材料高耐壓的優(yōu)勢,避免了GaN SBD因漏電導致的提前擊穿,該Fin二極管在擊穿前具有極低的反向泄漏電流,其在VAC= -1 600 V時,漏電流僅約為1×10-7 A/cm2,開關電流比(ION/IOFF @ VAC= -1 600 V)高達1×1010,遠高于GaN SBD器件。但器件擊穿前反向泄漏電流緩慢增加,且與所加電壓呈指數(shù)增長關系。原因是漏誘生勢壘降低效應(Drain Induced Barrier Lowering, DIBL)導致Fin溝道處勢壘高度緩慢降低。溝道中心處y方向導帶能量分布如圖4所示�？梢钥闯�,器件擊穿前溝道處勢壘寬度隨電壓增大而減小,勢壘高度則線性降低,線性擬合公式如圖3所示,具有很好的一致性,Fin溝道處兩側陽極金屬對溝道有較強的夾斷作用,使得勢壘高度下降并不明顯,因此不會導致器件提前漏電擊穿。當器件兩端所加反向電壓到達臨界擊穿點時,器件漏電流急劇上升,溝道處勢壘高度也急劇降低,但DIBL效應并不會導致勢壘高度的迅速下降。原因是器件雪崩擊穿產生的空穴進入Fin溝道區(qū),提高了Fin溝道區(qū)的電勢,導致勢壘高度隨雪崩漏電流的增加而迅速減小。
本文編號：3476804
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