氮化鎵材料因其具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場高、電子飽和速度大等優(yōu)勢,在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注,被視為功率電子器件長足發(fā)展的希望�；趹�(yīng)用需求,各大公司相繼開發(fā)了多種實現(xiàn)增強型GaN器件的技術(shù),并陸續(xù)有商用器件投入使用,因此研究應(yīng)用中GaN器件的可靠性具有重大意義。本文主要圍繞著P-GaN增強型商用器件的可靠性展開研究,主要工作及創(chuàng)新點如下:首先,進行了P-GaN器件在關(guān)態(tài)高壓應(yīng)力下可靠性的研究。采用了區(qū)別于其他實驗的階梯型漏極應(yīng)力實驗,通過對應(yīng)力時間以及應(yīng)力電壓值的改變,觀測PGaN增強型商用器件的導(dǎo)通電阻及閾值電壓的變化。測試結(jié)果表明,不同器件對在關(guān)態(tài)高壓應(yīng)力下的表現(xiàn)不同,無P-GaN漏極結(jié)構(gòu)的增強型器件在施加300V的高壓應(yīng)力時,導(dǎo)通電阻退化最嚴(yán)重,比施加10V的關(guān)態(tài)應(yīng)力時的器件高出17%,而閾值電壓幾乎沒有受到影響;有P-GaN漏極結(jié)構(gòu)的增強型器件在50V時的閾值電壓退化最為嚴(yán)重,減小了7%,而導(dǎo)通電阻的變化很小,退化的原因都是陷阱對電子的俘獲和空穴的注入,應(yīng)用時應(yīng)當(dāng)考慮應(yīng)用場合的不同選擇相應(yīng)的器件。其次,進行了P-GaN器件在長時間的脈沖條件下可靠性的研究。通過對商用器件... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

未來功率器件復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)用半導(dǎo)體行業(yè)從開始發(fā)展至今先后經(jīng)歷過三代材料的更迭，如表1-1所示

第一章緒論3告中可以看出，自從2010年第一只GaN商業(yè)器件誕生至今，國際上關(guān)于GaN材料及其制作的器件的專利申請量急劇增加，國內(nèi)GaN材料及其器件的專利申請數(shù)量則是在2017年達到峰值，GaN器件關(guān)注度可見一斑，這也側(cè)面說明了GaN材料性能的優(yōu)異。GaN材料憑借更寬的帶隙、高的臨界擊穿電場和獨特的2-DEG導(dǎo)電溝道帶來的高電子遷移率的優(yōu)勢，更能滿足如今對GaN功率器件小型化、輕量化以及綠色環(huán)保的要求，因此，氮化鎵材料的研究及發(fā)展具有十分重大的現(xiàn)實意義[3]-[5]。圖1-2GaN功率電子器件的知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展動態(tài)1.2GaN基功率開關(guān)器件研究現(xiàn)狀如今GaN器件發(fā)展得如火如荼，其實從GaN器件誕生至今也只經(jīng)過了二十多年的發(fā)展，1993年，M.A.Khan等人[6]研制出了世界上第一只耗盡型高電子遷移率晶體管(HEMT)。2001年，N.-Q.Zhang等人[7]制備出了一種AlGaN/GaNHEMT器件，它的耐壓高達1.2kV，并且在文中詳細分析了高壓GaNHEMT作為功率開關(guān)器件時的概念，證明GaNHEMT器件是一種具有低損耗且能夠在苛刻的條件(高電壓高溫度)下工作的開關(guān)器件。2004年，日本的Eudyna公司最先研制出基于GaN材料適用SiC基底的耗盡型射頻晶體管。2009年，宜普(EPC)公司首先推出一款能夠進入商業(yè)使用的增強型(常閉)GaN器件，GaN功率器件從此開始應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域。2010年，第一只GaN商業(yè)器件誕生[9]，由國際整流器公司(InternationalRectifier)IR投入市場，自此之后GaN器件一直在不斷地進步，2014年，GaN行業(yè)首次于8英寸SiC基底上生長GaN器件，之后，GaN器件主流變成了600VGaNHEMT器件，越來越多的企業(yè)進入該產(chǎn)業(yè)鏈，如EPC、GaNSystems、Transphorm、Navitas等。當(dāng)然，功率器件行業(yè)內(nèi)的巨頭如安森美半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體、英飛凌、德州儀器和松下等公司也在過去的幾年里緊跟國際

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-3GaN半導(dǎo)體國內(nèi)外工業(yè)界發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢早期的GaN器件大多為耗盡型器件或常開型器件，即必須在柵源間加一個負電壓時才能將器件關(guān)斷[9]，而在實際應(yīng)用中，耗盡型器件的驅(qū)動電壓電平并不能與常規(guī)驅(qū)動芯片設(shè)計的電平兼容，因此在電力電子系統(tǒng)設(shè)計中，增強型功率器件更被需要。近些年，多家半導(dǎo)體公司推出或即將推出增強型GaN器件，增強型器件的巨大市場潛力也推動代工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。臺積電(TSMC)與多家半導(dǎo)體公司，包括美國納微(Navitas)、安靠(Amkor)和以色列VisICTechnologies公司等，都建立了合作關(guān)系以提高GaN產(chǎn)品的產(chǎn)能。圖1-4GaN器件的三種基本工作狀態(tài)盡管近些年來GaNHEMT功率器件理論和實驗研究結(jié)果豐碩，各個公司不斷

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Enhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs fabricated by fluorine plasma treatment[J]. 全思,郝躍,馬曉華,謝元斌,馬驥剛.  半導(dǎo)體學(xué)報. 2009(12)
[2]高場應(yīng)力及柵應(yīng)力下AlGaN/GaN HEMT器件退化研究[J]. 谷文萍,郝躍,張進城,王沖,馮倩,馬曉華.  物理學(xué)報. 2009(01)

博士論文
[1]面向光伏逆變系統(tǒng)的氮化鎵功率器件應(yīng)用研究[D]. 張雅靜.北京交通大學(xué) 2015

碩士論文
[1]Cascode GaN晶體管與GaN二極管應(yīng)用研究[D]. 黃波.北京交通大學(xué) 2016
[2]GaN器件的特性及應(yīng)用研究[D]. 崔梅婷.北京交通大學(xué) 2015



本文編號：2904407