在电动汽车、数据中心、无线充电等领域电源系统的AC/DC Rectifier(交直流整流器)、DC/DC Converter(直流直流变换器)、DC/AC Inverter(直流交流逆变器)电路中整流器应用尤为广泛并扮演着不可替代的角色。在Si理论极限不断逼近的今天,氮化镓器件具备独特的优势。相同工作电压下,目前报道的GaN器件电能转换效率一般比Si器件高3-5%左右。此外,在器件工作速度方面,当前主流的Si基器件在典型DC-DC转换应用中,器件最高只能达到~MHz工作频率。然而,如果使用新型宽禁带半导体GaN器件,其工作频率能达到10~100MHz。功率开关器件工作速度的提高能够大幅降低电源管理系统中电感、电容等无源器件的体积,从而缩小电源管理系统整体体积,使设备小型化、轻量化。本文提出一种新型的高性能GaN横向功率整流器,其主要研究内容如下:
(1)本文提出的混合阳极整流器(Hybrid Anode Diode,HAD)最大特点在于由低阻的欧姆接触和MIS凹槽栅通过肖特基金属短接形成所谓的混合阳极结构。同时,作者提出两套理论可行的技术方案来实现HAD的实验制备——常规势垒(AlGaN 23 nm)AlGaN/GaN异质结制备技术和UTB(Ultra Thin Barrier Layer)Al GaN/GaN异质结制备技术。
(2)辅助Sentaurus仿真工具优化该型二极管的各项结构参数,尤其是常规势垒结构中凹槽的深度以及薄势垒结构中势垒层的厚度。两种方案通过仿真得到:Conventional Barrier layer HAD开启电压为0.2 V,UTB layer HAD开启电压均小于1.0 V,该项性能较传统SBD大于1.0 V的开启电压具有较大的优势。器件反向特性仿真显示,该型整流器以1μA/mm漏电流作为击穿标准下,耐压高达522 V。
(3)器件实验制备。本工作着重解决传统硅基AlGaN/GaN异质结整流二极管开启电压高而反向耐压能力不足的问题,运用常规势垒晶圆片制备出的新型横向功率整流器,性能出色,实测开启电压0.3 V,比传统SBD器件降低44%,最高耐压超过1000 V(以1μA/mm漏电作为反向击穿标准),而同批次的SBD耐压为513 V(以1mA/mm漏电作为反向击穿标准)。薄势垒晶圆片制备出的该型功率整流器,在开启电压方面得到进一步优化,实测0.2 V的开启电压是目前已有报道的最低值。
本文关键词:
新型GaN(1)
横向功率(1)
整流器(1)
研究(194)
