為了實現(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基功率開關(guān)器件為研究對象,針對目前GaN基功率開關(guān)器件仍存在的關(guān)鍵科學(xué)問題開展了以下研究,主要包括:縮小GaN基功率開關(guān)器件Baliga優(yōu)值(BFOM)與材料極限之間的差距、突破增強型GaN基異質(zhì)結(jié)場效應(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)肖特基勢壘二極管(SBD)器件反向泄漏電流與開啟電壓的折中關(guān)系、高耐壓GaN基功率開關(guān)器件關(guān)鍵工藝優(yōu)化和制備。本論文的主要研究內(nèi)容和取得的研究成果可以分為以下五個部分:(1)為了獲得可信的數(shù)值計算結(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致隧穿電流的物理模型,并根據(jù)已報道的實驗結(jié)果得出了物理模型中的關(guān)鍵參數(shù),實現(xiàn)了數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果的擬合。最終將這些擬合好的關(guān)鍵模型運用到新結(jié)構(gòu)的數(shù)值計算中,以提升數(shù)值計算結(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...

【文章頁數(shù)】：153 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 高耐壓GaN基功率開關(guān)器件的研究背景
        1.1.1 GaN材料的優(yōu)勢
        1.1.2 GaN基功率開關(guān)器件的優(yōu)勢與存在的問題
    1.2 GaN基功率開關(guān)器件國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 GaN HFET器件研究進展
        1.2.2 GaN基橫向肖特基二極管研究進展
    1.3 本文的主要貢獻與創(chuàng)新
    1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 GaN基功率開關(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 二維電子氣的來源
    2.2 極化模型與二維電子氣數(shù)值計算
    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理與模型
    3.2 GaN基肖特基二極管中的門控結(jié)終端技術(shù)
    3.3 高K介質(zhì)鈍化門控結(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 與國際先進水平的對比
    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)器件與國際先進水平的對比
        4.3.5 電容特性討論
        4.3.6 開關(guān)特性研究
    4.4 本章小結(jié)
第五章 鈍化技術(shù)對GaN基HFET器件特性的影響研究
    5.1 不同鈍化技術(shù)的工藝過程
    5.2 鈍化前后器件特性測試分析
    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)致的退化機制研究
    5.5 本章小結(jié)
第六章 高耐壓GaN基功率開關(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 器件制備過程
            6.2.2.2 直流特性對比
            6.2.2.3 肖特基二極管電容特性測試與結(jié)果分析
        6.2.3 柵介質(zhì)生長
    6.3 高耐壓GaN基功率開關(guān)器件的制備
        6.3.1 Si襯底GaN基HFET器件擊穿特性測試
        6.3.2 帶場板Si襯底GaN基HFET器件擊穿特性測試
        6.3.3 制備的器件與國內(nèi)外先進水平的對比
    6.4 多柵指GaN功率開關(guān)器件樣品制備與測試
        6.4.1 靜態(tài)特性測試
        6.4.2 開關(guān)特性測試
    6.5 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果



本文編號：3837958