【功率器件心得分享】+GaN與SiC新型功率器件

　　1 GaN 功率管的發(fā)展

　　微波功率器件近年來(lái)已經(jīng)從硅雙極型晶體管、場(chǎng)效應管以及在移動(dòng)通信領(lǐng)域被廣泛應用的LDMOS 管向以碳化硅 ( SiC )、氮鎵 ( GaN ) 為代表的寬禁帶功率管過(guò)渡。SiC、GaN 材料，由于具有寬帶隙、高飽和漂移速度、高臨界擊穿電場(chǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，與剛石等半導體材料一起，被譽(yù)為是繼第一代 Ge、Si 半導體材料、第二代 GaAs、InP 化合物半導體材料之后的第三代半導體材料。

　　在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著(zhù)廣闊的前景。SiC 功率器件在 C 波段以上受頻率的限制，也使其使用受到一定的限制;GaN 功率管因其大功率容量等特點(diǎn)，成為發(fā)較快的寬禁帶器件。GaN 功率管因其高擊穿電壓、高線(xiàn)性性能、高效率等優(yōu)勢，已經(jīng)在無(wú)線(xiàn)通信基站、廣播電視、電臺、干擾機、大功率雷達、電子對抗、衛星通信等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用和良好的使用前景。

　　GaN 大功率的輸出都是采用增加管芯總柵寬的方法來(lái)提高器件的功率輸出，這樣使得管芯輸入、輸出阻抗變得很低，引入線(xiàn)及管殼寄生參數對性能的影響很大，一致直接采用管殼外的匹配方法無(wú)法得到大的功率輸出甚至無(wú)法工作。解決方法就是在管殼內引入內匹配電路，因此內匹配對發(fā)揮 GaN 功率管性能上的優(yōu)勢，有非常重要的現實(shí)意義。

　　2.SIC

　　碳化硅(SiC)以其優(yōu)良的物理化學(xué)特性和電特性成為制造高溫、大功率電子器件的一種最具有優(yōu)勢的半導體材料.并且具有遠大于Si材料的功率器件品質(zhì)因子。SiC功率器件的研發(fā)始于20世紀90年代.目前已成為新型功率半導體器件研究開(kāi)發(fā)的主流。2004年SiC功率MOSFET不僅在高耐壓指標上達到了硅MOSFET無(wú)法達到的10 kV.而且其開(kāi)態(tài)比電阻向理論極限靠近了一大步.可達123 mQ·cm2。SiC隱埋溝道MOSFET(BCMOS)是MOS工藝最有潛力的新秀.它不僅解決了溝道遷移率低的問(wèn)題，且能很好地與MOS器件工藝兼容。研究出的SiC BCMOS器件遷移率達到約720 cm2/(V·s);SiC雙極晶體管(BJT)在大功率應用時(shí)優(yōu)勢明顯;經(jīng)研究得到了擊穿電壓為1.677 kV。開(kāi)態(tài)比電阻為5.7 mQ·cm2的4H—SiC BJT

　　3.SiC MOSFET的研究

　　MOSFET在目前的超大規模集成電路中占有極其重要的地位，而SiC作為唯一一種本征的氧化物是SiO，的化合物半導體。這就使得MOSFET在SiC功率電子器件中具有重要的意義。2000年研制了國內第一個(gè)SiC MOSFETt31。器件最大跨導為0.36mS/mm，溝道電子遷移率僅為14 cm2/(V·s)。反型層遷移率低已成為限制SiC MOSFET發(fā)展的主要因素。理論和實(shí)驗均表明.高密度的界面態(tài)電荷和非理想平面造成的表面粗糙是導致SiC MOS器件表面

　　遷移率低的主要因素。用單電子Monte Carlo方法對6H—SiC反型層的電子遷移率進(jìn)行模擬，模擬中考慮了界面電荷的庫侖散射和界面粗糙散射，提出了新的綜合型庫侖散射模型和界面粗糙散射指數模型141。模擬結果表明.當表面有效橫向電場(chǎng)高于1.5x105V/cm時(shí).表面粗糙散射在SiC反型層中起主要作用;反之，溝道散射以庫侖散射為主，此時(shí)高密度的界面態(tài)電荷將成為降低溝道遷移率的主要因素。

　　4.總結

　　通過(guò)學(xué)習這兩款新型的功率器件，不僅在設計上，更取得了實(shí)質(zhì)性的效果。