為了實(shí)現(xiàn)高速高效小型化的電源轉(zhuǎn)換模塊,現(xiàn)代電力電子領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件提出了新的要求。氮化鎵(GaN)作為第三代半導(dǎo)體材料,其優(yōu)異的電學(xué)與熱學(xué)性能,使其更適合在高速高效的電源轉(zhuǎn)換模塊中得以應(yīng)用。本文以GaN基功率開(kāi)關(guān)器件為研究對(duì)象,針對(duì)目前GaN基功率開(kāi)關(guān)器件仍存在的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展了以下研究,主要包括:縮小GaN基功率開(kāi)關(guān)器件Baliga優(yōu)值(BFOM)與材料極限之間的差距、突破增強(qiáng)型GaN基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HFET)器件閾值電壓與導(dǎo)通電阻的折中關(guān)系、突破鋁鎵氮/氮化鎵(AlGaN/GaN)肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)器件反向泄漏電流與開(kāi)啟電壓的折中關(guān)系、高耐壓GaN基功率開(kāi)關(guān)器件關(guān)鍵工藝優(yōu)化和制備。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果可以分為以下五個(gè)部分:(1)為了獲得可信的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,本文結(jié)合已有極化模型、遷移率模型、碰撞電離模型以及場(chǎng)致隧穿電流的物理模型,并根據(jù)已報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出了物理模型中的關(guān)鍵參數(shù),實(shí)現(xiàn)了數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的擬合。最終將這些擬合好的關(guān)鍵模型運(yùn)用到新結(jié)構(gòu)的數(shù)值計(jì)算中,以提升數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可信度。(2)提出了一種高K鈍化以及高K/低K復(fù)合鈍化的Al...

【文章頁(yè)數(shù)】：153 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 高耐壓GaN基功率開(kāi)關(guān)器件的研究背景
        1.1.1 GaN材料的優(yōu)勢(shì)
        1.1.2 GaN基功率開(kāi)關(guān)器件的優(yōu)勢(shì)與存在的問(wèn)題
    1.2 GaN基功率開(kāi)關(guān)器件國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 GaN HFET器件研究進(jìn)展
        1.2.2 GaN基橫向肖特基二極管研究進(jìn)展
    1.3 本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新
    1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 GaN基功率開(kāi)關(guān)器件與模型
    2.1 GaN基異質(zhì)結(jié)材料極化效應(yīng)與二維電子氣產(chǎn)生機(jī)理
        2.1.1 GaN基異質(zhì)結(jié)材料極化效應(yīng)
        2.1.2 二維電子氣的來(lái)源
    2.2 極化模型與二維電子氣數(shù)值計(jì)算
    2.3 GaN基HFET器件基本模型
        2.3.1 GaN基HFET器件閾值電壓與I-V模型
        2.3.2 反向擊穿雪崩電離模型
    2.4 本章小結(jié)
第三章 帶有門(mén)控結(jié)終端的GaN基肖特基二極管與新結(jié)構(gòu)
    3.1 GaN基肖特基二極管反向泄漏電流機(jī)理與模型
    3.2 GaN基肖特基二極管中的門(mén)控結(jié)終端技術(shù)
    3.3 高K介質(zhì)鈍化門(mén)控結(jié)終端GaN基肖特基二極管
        3.3.1 仿真結(jié)構(gòu)與仿真參數(shù)
        3.3.2 正向特性
        3.3.3 反向泄漏電流的降低
        3.3.4 擊穿電壓的提升
        3.3.5 電容與電壓特性討論
    3.4 高K與低K介質(zhì)復(fù)合鈍化門(mén)控結(jié)終端GaN基肖特基二極管
        3.4.1 仿真器件結(jié)構(gòu)與參數(shù)
        3.4.2 正向特性
        3.4.3 擊穿特性的提升
        3.4.4 電容與電壓特性討論
        3.4.5 與國(guó)際先進(jìn)水平的對(duì)比
    3.5 本章小結(jié)
第四章 P型GaN柵極HFET器件與新結(jié)構(gòu)
    4.1 P型GaN柵極HFET器件結(jié)構(gòu)與仿真模型
    4.2 雙結(jié)型柵GaN基HFET新結(jié)構(gòu)提升器件閾值電壓
        4.2.1 仿真器件結(jié)構(gòu)與制備方法
        4.2.2 器件特性與原理
        4.2.3 R_on和V_th的折中關(guān)系
    4.3 帶有結(jié)場(chǎng)板的GaN基HFET新結(jié)構(gòu)提升器件耐壓
        4.3.1 仿真器件結(jié)構(gòu)與模型
        4.3.2 器件直流特性與擊穿特性
        4.3.3 器件結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
        4.3.4 新結(jié)構(gòu)器件與國(guó)際先進(jìn)水平的對(duì)比
        4.3.5 電容特性討論
        4.3.6 開(kāi)關(guān)特性研究
    4.4 本章小結(jié)
第五章 鈍化技術(shù)對(duì)GaN基HFET器件特性的影響研究
    5.1 不同鈍化技術(shù)的工藝過(guò)程
    5.2 鈍化前后器件特性測(cè)試分析
    5.3 鈍化前后器件界面特性研究
        5.3.1 SiN_x柵介質(zhì)與GaN帽層界面陷阱的表征
        5.3.2 AlGaN勢(shì)壘層與GaN溝道層界面陷阱的表征
    5.4 鈍化殘余應(yīng)力導(dǎo)致的退化機(jī)制研究
    5.5 本章小結(jié)
第六章 高耐壓GaN基功率開(kāi)關(guān)器件關(guān)鍵工藝與制備
    6.1 樣品前處理與隔離工藝選擇
        6.1.1 樣品清洗與光刻工藝
        6.1.2 臺(tái)面隔離
        6.1.3 注入隔離
    6.2 柵源漏金屬化與柵介質(zhì)淀積
        6.2.1 歐姆接觸工藝的優(yōu)化
        6.2.2 柵極淀積前處理工藝
            6.2.2.1 器件制備過(guò)程
            6.2.2.2 直流特性對(duì)比
            6.2.2.3 肖特基二極管電容特性測(cè)試與結(jié)果分析
        6.2.3 柵介質(zhì)生長(zhǎng)
    6.3 高耐壓GaN基功率開(kāi)關(guān)器件的制備
        6.3.1 Si襯底GaN基HFET器件擊穿特性測(cè)試
        6.3.2 帶場(chǎng)板Si襯底GaN基HFET器件擊穿特性測(cè)試
        6.3.3 制備的器件與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平的對(duì)比
    6.4 多柵指GaN功率開(kāi)關(guān)器件樣品制備與測(cè)試
        6.4.1 靜態(tài)特性測(cè)試
        6.4.2 開(kāi)關(guān)特性測(cè)試
    6.5 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果



本文編號(hào)：3837958