中國科學(xué)院在氮化鎵 GaN 器件可靠性及熱管理研究方面取得重要進(jìn)展

IT之家 12 月 11 日消息，據中國科學(xué)院微電子研究所消息，近日，微電子所高頻高壓中心劉新宇研究員團隊在氮化鎵電子器件可靠性及熱管理方面取得突破，六項研究成果入選第 14 屆氮化物半導體國際會(huì )議 ICNS-14（The 14th International Conference on Nitride Semiconductors）。

氮化物半導體材料在光電子、能源、通信等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。隨著(zhù)下游新應用的快速發(fā)展以及襯底制備技術(shù)的不斷突破，氮化物半導體功率器件實(shí)現了成本和效率的大幅改善，但器件的閾值漂移、電流坍塌、熱管理等瓶頸問(wèn)題仍然制約著(zhù)器件可靠性的突破，限制了其向更高電壓和更大功率應用領(lǐng)域拓展。

科研團隊成功應用氧化鋁鈍化技術(shù)有效恢復了薄勢壘氮化鎵器件的二維電子氣，實(shí)驗上確定了電荷來(lái)源和界面電荷數量，為自主研制超薄勢壘增強型器件奠定了技術(shù)基礎。

在可靠性方面，團隊采用高溫遠程等離子體預處理技術(shù)，穩定復現了原子級臺階形貌，改善了器件的閾值漂移和電流崩塌現象。團隊還深入研究了深能級界面態(tài)的起源和抑制機理，為進(jìn)一步提升器件性能提供了理論基礎。針對 P-GaN 柵增強型 HEMTs，團隊采用輕摻雜漏極技術(shù)，有效調控了柵下的二維電子氣濃度和關(guān)態(tài)表面電場(chǎng)，使器件獲得更出色的關(guān)態(tài)特性。團隊還自主搭建了電感負載評估平臺，利用該平臺研究了商用肖特基型 P-GaN 柵器件和 HD-GIT 器件在復雜工作模式下的動(dòng)態(tài)導通電阻，為 p-GaN 柵極 GaN HEMT 的穩定性提供了新思路。

在熱管理方面，團隊通過(guò)引入高導熱氮化鋁鈍化介質(zhì)并在   器件正面設計散熱通道，將器件的結溫降低了 50℃。團隊還開(kāi)發(fā)了基于集總參數電熱網(wǎng)絡(luò )（LPETN）模型的 SenseFET 電流檢測元件，實(shí)現了對 GaN 功率器件溫度分布和傳導電流分布的高精度檢測。

上述六項研究成果在 ICNS-14 上進(jìn)行了口頭 / 海報展示，兩項工作獲評大會(huì )“best student award”。相關(guān)成果的通訊作者為微電子所黃森研究員、王鑫華研究員和蔣其夢(mèng)研究員。研究工作獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、自然基金重點(diǎn)和中國科學(xué)院裘搓基金重點(diǎn)等項目的支持。

IT之家注：ICNS 是氮化物領(lǐng)域最權威、最有影響力的學(xué)術(shù)會(huì )議之一，聚集了全球氮化物半導體領(lǐng)域的著(zhù)名科學(xué)家、工程師及業(yè)界人士。