針對(duì)垂直GaN肖特基二極管擊穿電壓低、泄漏電流大等問(wèn)題,提出了一種具有鰭狀（Fin）陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的高壓垂直GaN功率二極管。該結(jié)構(gòu)利用陽(yáng)極金屬與GaN半導(dǎo)體之間的功函數(shù)差耗盡二極管陽(yáng)極與陰極之間的導(dǎo)電溝道,實(shí)現(xiàn)二極管關(guān)斷及反向耐壓的功能,因此,陽(yáng)極不再需要進(jìn)行肖特基接觸,僅需歐姆接觸即可。通過(guò)優(yōu)化Fin陽(yáng)極結(jié)構(gòu)參數(shù),新結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓和低正向?qū)▔航?該器件的擊穿電壓為1 791 V(@1×10^-4 A/cm²),正向?qū)▔航禐?.815 V（@100 A/cm²）,導(dǎo)通電阻僅為0.73 mΩ·cm²且具有高的溫度穩(wěn)定性,開(kāi)態(tài)電流擺幅高達(dá)1×10¹²量級(jí)。 

【文章來(lái)源】：微電子學(xué). 2020,50(05)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

具有Fin陽(yáng)極的垂直GaN功率二極管結(jié)構(gòu)示意圖

器件導(dǎo)通電阻組成與狀態(tài)示意圖:

器件反向耐壓特性的仿真結(jié)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(dá)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(shì),避免了GaN SBD因漏電導(dǎo)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(shí),漏電流僅約為1×10-7 A/cm2,開(kāi)關(guān)電流比(ION/IOFF @ VAC= -1 600 V)高達(dá)1×1010,遠(yuǎn)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(zhǎng)關(guān)系。原因是漏誘生勢(shì)壘降低效應(yīng)(Drain Induced Barrier Lowering, DIBL)導(dǎo)致Fin溝道處勢(shì)壘高度緩慢降低。溝道中心處y方向?qū)芰糠植既鐖D4所示�？梢钥闯�,器件擊穿前溝道處勢(shì)壘寬度隨電壓增大而減小,勢(shì)壘高度則線(xiàn)性降低,線(xiàn)性擬合公式如圖3所示,具有很好的一致性,Fin溝道處兩側(cè)陽(yáng)極金屬對(duì)溝道有較強(qiáng)的夾斷作用,使得勢(shì)壘高度下降并不明顯,因此不會(huì)導(dǎo)致器件提前漏電擊穿。當(dāng)器件兩端所加反向電壓到達(dá)臨界擊穿點(diǎn)時(shí),器件漏電流急劇上升,溝道處勢(shì)壘高度也急劇降低,但DIBL效應(yīng)并不會(huì)導(dǎo)致勢(shì)壘高度的迅速下降。原因是器件雪崩擊穿產(chǎn)生的空穴進(jìn)入Fin溝道區(qū),提高了Fin溝道區(qū)的電勢(shì),導(dǎo)致勢(shì)壘高度隨雪崩漏電流的增加而迅速減小。


本文編號(hào)：3476804