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刘艳的GaNMOSFET器件研究

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一种测验器件抗质子单粒子效应能力的方法[发明专利]

一种测验器件抗质子单粒子效应能力的方法[发明专利]

专利名称：一种测验器件抗质子单粒子效应能力的方法专利类型：发明专利
发明人：王群勇,冯颖,阳辉,陈冬梅,刘燕芳,白桦,陈宇
申请号：CN201210359573.4
申请日：20120924
公开号：CN102928773A
公开日：
20130213
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种测验器件抗质子单粒子效应能力的方法。

包括以下步骤：第一步准备待测验器件；第二步进行质子诱发的单粒子翻转检测SEU，获得器件位的翻转情况；第三步进行质子诱发的单粒子闩锁检测SEL，获得器件的电流和功耗；第四步根据所述翻转数据和器件的电流和功耗进行试验数据的处理分析，获得器件的抗质子单粒子效应能力。

采用该方法可以更真实有效地模拟出空间辐射环境对宇航用半导体器件的单粒子效应，准确灵敏的获得器件的抗质子单粒子效应能力。

申请人：北京圣涛平试验工程技术研究院有限责任公司
地址：100089 北京市海淀区紫竹院路69号中国兵器708室
国籍：CN
代理机构：北京路浩知识产权代理有限公司
代理人：王莹
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《AlGaN-GaNMOS(MIS)HEMT中电子迁移率及Ⅰ-Ⅴ输出特性》范文

《AlGaN-GaNMOS(MIS)HEMT中电子迁移率及Ⅰ-Ⅴ输出特性》范文

《AlGaN-GaN MOS(MIS)HEMT中电子迁移率及Ⅰ-Ⅴ输出特性》篇一AlGaN-GaN MOS(MIS)HEMT中电子迁移率及Ⅰ-Ⅴ输出特性一、引言随着半导体技术的不断发展，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）已成为射频和微波电路的重要元件。

在HEMT器件中，电子迁移率以及电流-电压（I-V）输出特性是评估其性能的关键参数。

本文将重点研究AlGaN/GaN金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMT）的电子迁移率及其I-V输出特性，以期为相关研究与应用提供理论支持。

二、AlGaN/GaN MIS-HEMT结构与工作原理AlGaN/GaN MIS-HEMT是一种利用二维电子气（2DEG）工作的晶体管，其结构主要由AlGaN/GaN层、栅极绝缘层以及源漏电极等部分组成。

在电场作用下，AlGaN/GaN界面处产生2DEG，从而形成导电通道，实现电流的传输。

三、电子迁移率的研究电子迁移率是衡量半导体材料中电子运动能力的重要参数，直接影响着器件的导电性能。

在AlGaN/GaN MIS-HEMT中，电子迁移率受到材料质量、界面态密度、温度等多种因素的影响。

首先，材料质量对电子迁移率的影响至关重要。

高质量的AlGaN/GaN材料具有较低的缺陷密度和较高的载流子浓度，从而使得电子迁移率得以提高。

其次，界面态密度也会对电子迁移率产生影响。

界面处存在过多的陷阱态会散射电子，降低其迁移率。

此外，温度也是影响电子迁移率的重要因素。

随着温度的升高，电子的热运动加剧，使得迁移率降低。

四、I-V输出特性的研究I-V输出特性是描述器件电流与电压关系的曲线，反映了器件的导电性能和稳定性。

在AlGaN/GaN MIS-HEMT中，I-V输出特性受到栅极电压、源漏电压以及器件结构等因素的影响。

首先，栅极电压对I-V输出特性具有显著影响。

当栅极电压增大时，2DEG的密度增加，导致电流增大。

其次，源漏电压的变化也会引起I-V特性的变化。

GaN

GaN

GaN功率器件调研摘要：论文从研究背景、进展和行业动态三方面论述了发展GaN功率器件的可行性和意义。

关键词：GaN；功率器件一、研究背景目前绝大多数电力电子器件都是基于硅（Si）材料制作的，随着硅工艺的长足发展与进步，其器件性能在很多方面都逼近了极限值。

因此，电力电子器件想要寻求更大的具有突破性的提高，需要更多关注新型半导体材料。

与其它半导体器件相比，电力电子器件需要承受高电压、大电流和高温，这就要求其制造材料具有较宽的禁带、较高的临界雪崩击穿场强和较高的热导率。

新型氮化镓（GaN）基宽禁带半导体材料无疑成为制作高性能电力电子器件的优选材料之一。

几种主流半导体材料特性参数如表1所示。

表1 主流半导体材料特性参数（1）从表1中可以看出相比GaAs、Si等材料，GaN材料具有较大的禁带宽度。

因此，GaN基材料在高温和高辐射的情况下本征激发载流子较少，这就使得用GaN材料制作的半导体器件的工作温度可以高于GaAS、Si等半导体材料的工作温度，这对于制作高温、大功率半导体器件有很大的优势。

（2）GaN材料具有很大的饱和电子迁移速度，GaN材料的饱和电子漂移速度峰值能够达到3×107cm/s，这个数值要远大于GaAs、Si、4H-SiC等半导体材料。

大饱和电子漂移速度保证了GaN器件具有非常好的载流子输运性质，这在制作高频微波电子器件方面，能够有非常广阔的应用前景。

（3）GaN材料具有高的击穿电压。

Si和GaAs的临界击穿电场只有0.3MV/cm 和0.4MV/cm，而GaN材料的临界击穿电压能够达到4MV/cm，这一性质使得GaN材料很适合做高压电子器件，能够非常优秀地足电力工业对高压二极管的广泛需求。

（4）GaN具有很低的介电常数。

介电常数是器件电容荷载的量度，从表可以看出GaN的介电常数比Si、GaAs和4H-SiC都要小。

介电常数低，单位面积的器件寄生电容小，因此对于同样的器件阻抗，介电常数小的材料可以使用的器件面积就大，这样就可以开发较高的RF功率水平。

基于GaN功率器件的高性能T／R组件

基于GaN功率器件的高性能T／R组件
，
时 ， 经 过 试 验 验 证 ， 组 件 的 温 稳 定性 也 很 好 。
ｍｍ ｕ ｌ ｍ－ ｉ ｎｓ ｕｌ ａ ｔ ｏｒ
】微波技术 Ｇ ａ Ｎ器 件 Ｔ ／ Ｒ组 件 图１ ：Ｔ ／ Ｒ 组 件 的设 计 框 图
３基于Ｇ ａ Ｎ 功率 器件 的Ｔ ／ Ｒ 组 件
雷 达 次 应 用 可 以 追 溯 到 ＝ 战 时 期 ， 第 部 雷 达 是 装 备 了真 空 电 子管 收 发 器 的 机 械 扫 描 反 射 阵 面 。随 后 雷 达 发 展 出 电 子 扫 描 技 术 ， 同 时 雷 达 巾 的收 发 器 也逐 步地 发 展 成 为 多 个收 发组件 合成 的形式 ，随后收 发 （ Ｔ ／ Ｒ）组件 开 始 成 为 雷 达 技 术 发 展 的 重 要 环 节 。 随 着 雷 达 性能要求的不断提高 ． Ｔ ／ Ｒ 组 件 也 经 历 了 多次 技术变革 ，Ｉ 着 小 型 化轻 量 化 高 性 能 的 方 向 前 进。 本 文 介 绍 ｒ雷 达 Ｔ 爪 组 件 的 技 术 发 展 和 类 型 ， 同 时 介 绍 了 一 款 琏 于 Ｇａ Ｎ 器件 的 Ｔ ／ Ｒ 组 件 设 汁。
［ ３ 】 杨维生 ， 彭延辉 ． 覆铜板资讯 ， ２ ０ ｔ ５ ， ５ ： １ ３ ～
１ ８ ．
பைடு நூலகம்
［ ４ ］ Ｐ Ｅ ＴＥ Ｒ Ｒ Ａ Ｍ Ｍ， Ａ Ｒ ＭＩ Ｎ ＫＩ Ｕ ＭＰ Ｐ ． Ｊ ０ Ｓ ＥＦ
４ Ｔ ／ Ｒ 组件 的温 度稳 定性 试验
我们 对上述 的 ｌ ０只 Ｔ ／ Ｒ组 件 进 行 了 温 度 试 验 ， 在不 同 的环 境 温 度 下 ， 测 试 其 输 出 功 率 和 效 率 。结 果 如 图 ３所示 ， 组件 分 别 在 低 温 ， 室 温 ，高 温 下进 行 了 测 试 ， 可 以 看 到 工 作 温 度 相差 很大的情况 下，组件 的输 出功率和效率保 持 ｒ相 对 稳 定 。试 验 表 明 ， 该设 计 的 Ｔ ／ Ｒ 组 件 具备 良好 的 温 度 稳 定 性 。

考虑寄生参数的高压GaN高电子迁移率晶体管的逆变器动态过程分析

考虑寄生参数的高压GaN高电子迁移率晶体管的逆变器动态过程分析

考虑寄生参数的高压GaN高电子迁移率晶体管的逆变器动态过程分析张雅静;郑琼林;李艳【摘要】近年来随着氮化镓器件制造工艺的迅速发展,氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMT)已经开始应用在电力电子领域.GaN HEMT以其低寄生参数、无反向恢复损耗、高开通速度等特点,可降低开关管的开关损耗.本文以600V GaN HEMT 为研究对象,研究其共源共栅(Cascode)结构引起的开关动态过程及其寄生参数的影响.建立了600V GaN HEMT等效模型并详细推导了其在单相逆变器中开关管正向导通、正向关断、反向续流导通和反向续流关断四种情况的动态过程.GaN HEMT的等效电路考虑了对开关过程及开关损耗有重要影响的寄生电感和寄生电容.理论、仿真及实验证明了Cascode GaN HEMT器件中寄生电感Lint1、Lint3和Ls直接影响开关管的动态过程进而影响开关管的开关损耗.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)012【总页数】9页(P126-134)【关键词】宽禁带半导体器件;氮化镓高电子迁移率晶体管;动态过程【作者】张雅静;郑琼林;李艳【作者单位】北京化工大学信息科学与技术学院北京 100029;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TM46以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体器件被誉为第三代半导体器件。

由于SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点，使得宽禁带半导体器具有开关速度较快、导通电阻小、品质因数低、损耗小等优势[1-3]。

氮化镓高电子迁移率晶体管（Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor，GaN HEMT）可分为增强型和耗尽型两种。

目前单体增强型GaN HEMT器件的额定电压最大能达到250V。

一种高质量MIS结构的GaN基场效应晶体管及其制备方法[发明专利]

一种高质量MIS结构的GaN基场效应晶体管及其制备方法[发明专利]

专利名称：一种高质量MIS结构的GaN基场效应晶体管及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：刘扬,何亮,杨帆
申请号：CN201510715034.3
申请日：20151029
公开号：CN105336789A
公开日：
20160217
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及半导体材料器件领域，公开了一种高质量MIS结构的GaN基场效应晶体管结构及其制备方法。

具体涉及GaN？MISFET器件栅极介质层及其与GaN界面的改进方法，该器件包括衬底及生长在衬底上的外延层以及栅极、源极、漏极、绝缘层。

所述外延层包括一次外延生长的应力缓冲层及GaN外延层，以及其上的选择区域生长的二次外延层和三次外延层，二次外延生长
GaN/AlGaN异质结构并形成凹槽沟道，三次外延AlN薄层。

AlN薄层部分氧化形成AlN/氧化物介质层堆叠结构。

栅极金属覆盖于凹槽沟道处，两端形成源极和漏极区域并覆盖金属形成源极和漏极。

本发明器件结构和制备工艺简单可靠，能形成高质量的MIS栅极结构，提高GaN？MISFET器件的性能，尤其是对栅极漏电的降低、沟道电阻的降低以及阈值电压稳定性问题的改善是十分关键的。

申请人：中山大学
地址：510275 广东省广州市新港西路135号
国籍：CN
代理机构：广州粤高专利商标代理有限公司
代理人：陈卫
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GaN MOSFET高效谐振驱动电路设计及损耗分析

GaN MOSFET高效谐振驱动电路设计及损耗分析

GaN MOSFET高效谐振驱动电路设计及损耗分析高圣伟;苏佳;刘晓明;李龙女【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2018(037)005【摘要】为了解决GaN MOSFET门极驱动的高损耗问题,对比分析了传统驱动和谐振门板驱动电路,提出一种新型谐振门板驱动电路,通过建立数学模型、LTspice 仿真分析以及实验验证所提出门板驱动电路的正确性.其基本原理为利用谐振原理在开关管关断过程中通过L将存储在C中的能量反馈到电源中,使能量得到有效利用,从而减小功率损耗.结果表明:GaN MOSFET开通和关断的时间分别为12 ns和16 ns,能够实现开关管的快速开断;新型谐振驱动电路的门极损耗比传统GaN MOSFET驱动电路的损耗减小了55.56％,比普通谐振驱动电路的门极损耗减小了35.66％.【总页数】6页(P64-69)【作者】高圣伟;苏佳;刘晓明;李龙女【作者单位】天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387;天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387;天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387;天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387【正文语种】中文【中图分类】TN386【相关文献】1.基于氮化镓器件的LLC谐振变换器的驱动波形优化及损耗分析 [J], 于生宝; 许佳男; 宋树超; 张嘉霖2.基于MOSFET串联的半桥LLC谐振电路设计 [J], 李凯;罗续业;李彦3.基于GaN全桥LLC谐振变换器交错并联系统的损耗分析 [J], 高圣伟;贺琛;刘赫;董晨名4.应用于LLC谐振变换器的GaN器件及其驱动电路设计 [J], 林志杰;董纪清5.Cascode GaN高电子迁移率晶体管高频驱动电路及损耗分析 [J], 岳改丽;向付伟;李忠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

gan场效应晶体管

gan场效应晶体管

gan场效应晶体管GAN场效应晶体管（Generative Adversarial Network Field Effect Transistor）是一种新型的晶体管结构，它结合了GAN技术和场效应晶体管的特点，具有许多独特的优势和应用前景。

本文将对GAN 场效应晶体管的原理、特点和应用进行详细介绍。

一、原理GAN场效应晶体管的原理是基于生成对抗网络（GAN）和场效应晶体管（FET）的相互作用。

生成对抗网络是一种由生成器和判别器组成的模型，通过不断的对抗学习使生成器产生逼真的样本。

场效应晶体管是一种利用电场控制电流的器件，其中包括源极、漏极和栅极。

GAN场效应晶体管将生成器与场效应晶体管的结构相结合，实现了对电流的控制和调节。

二、特点1. 高效能：GAN场效应晶体管具有高效能的特点，可以在较低的电压下实现高电流的传导。

这使得它在电子设备中的能耗更低，性能更优越。

2. 高可靠性：由于GAN场效应晶体管结构的独特设计，它具有较高的可靠性和稳定性。

在极端环境下，它仍然能够正常工作，不易受到外界干扰。

3. 高集成度：由于GAN场效应晶体管可以实现对电流的精确控制和调节，因此可以在一个芯片上集成大量的晶体管，从而实现高集成度的电路设计。

4. 高速度：由于GAN场效应晶体管的特殊结构和电流控制能力，它可以实现快速的开关速度和响应速度，适用于高频率信号的处理。

5. 多功能：GAN场效应晶体管不仅可以实现电流的控制，还可以用于模拟信号的放大、开关和反相等功能，具有广泛的应用潜力。

三、应用1. 人工智能：GAN场效应晶体管可以应用于人工智能领域，用于实现神经网络的加速和优化，提高机器学习和深度学习的效率和性能。

2. 通信技术：GAN场效应晶体管可以用于无线通信系统中的功率放大器设计，实现信号的放大和传输，提高通信质量和传输速度。

3. 显示技术：GAN场效应晶体管可以应用于显示器件中，用于驱动液晶显示屏和有机发光二极管（OLED）等，提高显示效果和显示速度。

具有逆向导通能力的GaN功率开关器件

具有逆向导通能力的GaN功率开关器件

具有逆向导通能力的GaN功率开关器件
魏进;姚尧;张波;刘扬
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2012(46)12
【摘要】介绍了一种具有逆向导通能力的GaN功率开关器件逆向导通-高电子迁移率晶体管(RC-HFET).通过在栅极与漏极之间插入一个肖特基电极并与源极连接,RC-HFET获得了一个逆向导电通路,从而相当于一个功率开关与二极管反并联结构.RC -HFET正向工作的原理与传统HFET相似,导通电阻与传统HFET相近.在器件制造上,RC-HFET与传统HFET完全兼容,无需额外的光刻版及加工流程.因此,在电机驱动等需要反向续流的功率系统中,RC-HFET消除了对续流二极管的需求,提供了一种更具成本优势的方案.
【总页数】2页(P67-68)
【作者】魏进;姚尧;张波;刘扬
【作者单位】中山大学,物理科学与工程技术学院,广东广州510275;电子科技大学,微电子与固体电子学院,四川成都610054;中山大学,物理科学与工程技术学院,广东广州510275;电子科技大学,微电子与固体电子学院,四川成都610054;中山大学,物理科学与工程技术学院,广东广州510275
【正文语种】中文
【中图分类】TN32
【相关文献】
1.GaN功率开关器件的产业发展动态 [J], 何亮;郑介鑫;刘扬
2.P型栅增强型GaN功率开关器件的中子辐照效应 [J], 张得玺;陈伟;罗尹虹;刘岩;郭晓强
3.半导体GaN功率开关器件的结构改进 [J], 杨媛媛
4.半导体GaN功率开关器件灵敏度测试技术 [J], 程俊红;肖震霞
5.抗高压动态导通电阻退化的高性能GaN功率开关器件研究 [J], 覃孟;潘革生因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种GaN器件动态导通电阻测量电路[发明专利]

一种GaN器件动态导通电阻测量电路[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010139474.X(22)申请日 2020.03.03(71)申请人 电子科技大学地址 611731 四川省成都市高新西区西源大道2006号(72)发明人 周琦　刘熙　叶星宁　陈涛　李佳　张波　(74)专利代理机构 成都点睛专利代理事务所(普通合伙) 51232代理人 孙一峰(51)Int.Cl.G01R 27/08(2006.01)G01R 31/26(2014.01)(54)发明名称一种GaN器件动态导通电阻测量电路(57)摘要本发明属于电子电路技术领域，涉及一种GaN器件动态导通电阻测量电路。

本发明从GaN应用中所紧密相关的动态特性出发，测试电路包括驱动电路、软硬开关转换电路以及钳位电路；驱动电路以ADuM4224为核心；开关转换电路包括两个高压功率器件和负载电感以及起保护作用的二极管；钳位电路采用电流镜和二极管结合的方式提高测量精度，使用钳位电路测得的导通电压，除以电路中的电流即可得到动态导通电阻。

本发明的测试方法可对器件在两个不同开关过程中的动态导通电阻进行实时测量，避免了器件停止工作后几秒内缺陷恢复导致测量结果不精确的问题。

权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 111289799 A 2020.06.16C N 111289799A1.一种GaN器件动态导通电阻测量电路，包括驱动电路、软硬开关转换单元和钳位电路；其特征在于：所述驱动电路为隔离式精密半桥驱动器，驱动芯片型号为ADuM4223，共有16个引脚，提供两个隔离的驱动通道A和B，分别为：引脚1为驱动通道A的输入电压VIA，连接函数发生器输入方波，通过两个并联的电阻R1和R2接地，电阻与函数发生器呈并联关系；引脚2为驱动通道B的输入电压VIB，连接函数发生器输入方波，通过两个并联的电阻R3和R4接地，电阻与函数发生器呈并联关系；引脚3和8分别为VDD1和VDD2引脚，连接电源VDD，并通过电容C5与引脚4相连，电容与电源呈并联关系；引脚5为DISABLE，控制输出在设定时间后恢复到输入状态，通过电阻R5接地；引脚7、12、6、13均为空脚；引脚10为驱动通道A的供电电压，连接电源VDDA，通过两个并联的旁路电容C3和C4接14引脚，电容与电源呈并联关系；引脚11为驱动通道B的供电电压，连接电源VDDB，通过两个并联的旁路电容C1和C2接9引脚，电容与电源呈并联关系；引脚4、14、9分别为GND1、GNDA、GNDB，分别连接VDD1和VDD2电源的地GND1，VDDA电源地GNDA和VDDB电源地GNDB；引脚16为驱动通道A的输出引脚VOA，通过电阻R7与二极管D7串联再与电阻R6并联的电路连接到软硬开关转换单元；引脚15为驱动通道B的输出引脚VOB，通过电阻R9与二极管D8串联再与电阻R8并联的电路连接到软硬开关转换单元；所述软硬开关转换单元采用两个增强型GaN晶体管为主体，分别为第一增强型GaN晶体管和第二增强型GaN晶体管，第一增强型GaN晶体管的源极与第二增强型GaN晶体管的漏极相连作为钳位电路的输入端；第一增强型GaN晶体管的栅极接电阻R7与二极管D7串联再与电阻R6并联的电路，第二增强型GaN晶体管的栅极接电阻R9与二极管D8串联再与电阻R8并联的电路；第一增强型GaN晶体管的漏极接并联的电容组C6、C7、C8、C9、C10以及电感L的一端，同时连接电源V1的正极，电源V1的负极与并联的电容组C6、C7、C8、C9、C10的另一端相连；第二增强型GaN晶体管的漏极、电感L的另一端与开关的一端相连，开关的另一端接并联的电容组C11、C12、C13、C14的一端以及电源V2的正极，电源V2的负极接并联的电容组C11、C12、C13、C14的另一端；电源V1的负极和电源V2的负极接滑动变阻器R11的一端，滑动变阻器R11的另一端通过电阻R10后接地GNDB；第一增强型GaN晶体管的栅极还与二极管D9的负极相连，二极管D9的正极接地GNDA；第二增强型GaN晶体管的栅极还与二极管D10的负极相连，二极管D10的正极接地GNDB；所述钳位电路包括二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，PNP硅双晶体管T1、T2和电阻R12；D1的负极接第一增强型GaN晶体管源极与第二增强型GaN晶体管漏极的连接点，D2的负极接电源V2的负极；二极管D3正极与二极管D1正极相连，二极管D3负极与二极管D4正极相连，二极管D4负极与二极管D5正极相连，二极管D5负极与二级管D6相连，二极管D6负极与电阻R12一端相连，电阻R12的另一端与二极管D2的正极相连；二极管D3正极与PNP硅双晶体管T1的引脚1相连，PNP硅双晶体管T1的引脚2与二极管D6负极相连，PNP硅双晶体管T1的引脚3与PNP硅双晶体管T2引脚1相连，PNP硅双晶体管T1的引脚4与PNP硅双晶体管T2引脚2相连，PNP硅双晶体管T2引脚3和4相连并连接到10V电源，二极管D2的正极连接到地GNDB；通过使用钳位电路测得的导通电压，除以电路中的电流即可得到器件的动态导通电阻；所述软硬开关转换单元的软硬开关转换是指：当开关开启时，电路处于硬开关模式，此时驱动电路的VIA引脚1连接低电平，VIB引脚2连接5V的方波，引脚10输出低电平，即第一增强型GaN晶体管的栅极连接低电平，则第一增强型GaN晶体管未开启；引脚11输出5V方波，第二增强型GaN晶体管的开启关闭状态随引脚11的方波电平高低进行切换；当开关关闭时，电路处于软开关模式，此时驱动电路的VIA引脚1连接与VIB不同的5V方波信号，驱动电路的VIB引脚2连接5V的方波，第一增强型GaN晶体管的开启关闭状态随着引脚10的方波电平高低进行切换，第二增强型GaN晶体管的开启关闭状态随引脚11的方波电平高低进行切换。

GaN与Si器件在DC

GaN与Si器件在DC

Telecom Power Technology设计应用技术 2023年４月25日第40卷第８期·　４９　·Telecom Power TechnologyＡｐｒ．　２５，　２０２３，　Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．８　高　莹：GaN 与Si 器件 在DC/DC 变换器中的性能分析云计算、人工智能、机器学习以及多用户游戏等先进计算应用对功率转换器的要求日益增高，而硅基功率转换器不能满足日益增长的功率需求。

因此，面向 48 V 功率转换应用，氮化镓器件也可提高其效率、缩小尺寸并降低系统成本。

未来，随着GaN 功率器件的技术不断突破，氮化镓功率电子器件的市场将由以下5大应用牵引：目前渗透率较大的（小型）电源设备、无线电源、渗透率中等的数据存储中心、未来有较大市场可能的新能源汽车以及（汽车）激光雷达等[2]。

2　DC/DC 变换器实验设计与验证2.1　拓扑选择与损耗分析实验基于LLC 电路作为DC/DC 变换器的主功率电路（如图1所示），并且与对比实验使用完全相同的控制器件与相关回路。

图1中，Q 1～Q 4为全桥LLC 电路的原边功率管，SR 1～SR 4为副边整流功率管，L r 、C r 为谐振器件[3]。

SR 3SR 4U OSR 1SR 2L rL mn∶1∶1C rQ 2Q 3Q 1U inQ 4图1　LLC 电路拓扑的主电路假设变换器的工作状态相同，仅有功率器件不同，可以忽略其他部分的损耗差异，则变换器的损耗差异主要包括导通损耗与开关损耗。

下面对功率器件损耗进行定性分析。

（1）导通损耗。

Q 1～Q 4、SR 1～SR 4在导通期间，流经功率器件的电流包含直流负载电流和纹波电流2部分内容，则损耗为 P =(I L +I acrms )R dson D （1）式中：D 为变换器的占空比；I L 为电感电流；I acrms 为纹波电流。

（2）开关损耗。

原始应用Si-MOSFET 功率器件的LLC 谐振变换，当开关频率与谐振频率相等，电路工作在谐振频率点时，可以消除功率器件的反向恢复损耗，即原边开关管工作在零电压开关（Zero Voltage Switch ，ZVS ）模式，同时整流电路因为工作在断续条件而实现零电流模式。

AlGaN GaN异质结场效应管(HFET)的可靠性问题

AlGaN GaN异质结场效应管(HFET)的可靠性问题
June 2009 IEEE microwave magazine 117
比產品壽命長得多的時間工作點上所發生的。因此，為 了在實用的時間段中進行測量，至關重要的是進行一個 可以確定加速壽命的應力實驗。 可靠性的背景 大多數可靠性的預測集中在通過熱加速或 Arrhenius 半導體器件可靠性分析的研究利用了為理解人口壽命而 開發的完善的可靠性分析方法。這個術語最初是指人口 實驗所進行的加速壽命實驗來決定的器件的用壞狀態， 0 0 數量，但現在廣泛地用於很大範圍的產品之中，從機械 總群體的 MTTF 的壽命預測是在對工作在 125 和 150 系統到化學過程。將這個技術應用到半導體器件中所遇 器件的外推法的基礎上得到的，有些外推法是在實際工 到的挑戰是缺乏理解使器件性能降低的一個基本的物理 作溫度下進行的[7]（見“Arrhenius 加速壽命實驗”）。 機制。一般來說有一整類的被不同的直流，射頻，電場， 這種方法作為一個初步的評估技術還是很有用的，但它 環境和機械應力所激發的物理效應。可靠性處理是很複 沒有描繪出器件可靠性的整體畫面。 採用熱加速壽命測試的主要困難是要將提高了溫度 雜的，並且從來就沒有完全得到理解。然而，所觀察到 的總體失效率隨時間而變化的一般形狀呈現出“浴缸” 後器件性能的降低與在使用條件下起支配作用的失效機 的曲線，在這裡，由於失效率一開始很高，這是由嬰兒 制 相 聯 繫 。 對 於 特 定 的 化 合 物 半 導 體 ， 如 GaAs 死亡率引起的，隨後在有用的壽命期間降低到了一個低 MESFET 和 PHEMT，性能的降低是與特定的現象，如 失效率上，最後又由於被用壞了而得以升高（見“可靠 “柵極沉沒”密切關聯的，在這裡，可以觀察到柵極會 性和浴缸曲線”）。 測量用壞的困難在於失效通常是在 向其下面的半導體擴散，從而提供了一個自然用壞的機 制。因為擴散過程是由熱來驅動的，Arrhenius 測試為這 種基本的，一階的但定義狹窄的現象提供了一個有用的 預測工具。然而，Arrhenius 外推法所預測的特別長的壽 命幾乎沒有什麼實際用處。事實上，它們與現場失效率 之間並沒有什麼聯繫。這是由於，或者在使用條件下是 另外一種失效機理開始生效，或者就是一個很小但很重 要的早期失效率在 MTTF 計算中沒有找准。為了對將早 期失效率考慮進來後的群體的可靠性進行量化，可以採 用另一個度量標準來描述這個群體（見“可靠性和浴缸 曲線”）。雖然如此，MTTF 的測量作為一個描述技術 能力的一般性指標還是有用的。 有許多和這些器件的運行相關的失效機制，那些在 特定的直流或射頻條件下起主導作用的機制未必與在其 它條件下起主導作用的機制相同。已經研究過的傳統的 可靠性機制包括柵極沉沒，柵極滯後，熱電子效應，機 械張力，電遷移，以及由環境條件如潮濕所引起的腐蝕。 圖 1 對 AlGaN/GaN HFET 進行直流應力實驗的三條阿列 由 Arrhenius 預測所表徵的傳統處理方式通常與器件在 承受高電流密度和高電場強度的實際工作條件下的現像 紐斯溫度（Arrhenius）曲線（來自於[8]）。 是不同的， 因為此時，器件由於大信號的射頻驅動而進 分析联合使用。 可靠元件的製造取決於理解這些失效機制以及進行 合理的設計及製造工藝的能力。許多失效機制都會發生， 然而，要明確在特定器件或元件中究竟是哪一種起主導 作用則是很具有挑戰性的。

一种GaN增强型MIS-HFET器件及其制备方法[发明专利]

一种GaN增强型MIS-HFET器件及其制备方法[发明专利]

专利名称：一种GaN增强型MIS-HFET器件及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：刘扬,张金城,贺致远,张佰君
申请号：CN201210381515.1
申请日：20121010
公开号：CN102856374A
公开日：
20130102
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种GaN增强型MIS-HFET器件及其制作方法。

本发明的器件包括栅极、源极、漏极、绝缘介质层和衬底，所述衬底上由下往上依次设有应力缓冲层、第一GaN层和选择生长层，所述选择生长层包括第二GaN层和其上的异质层；所述选择生长层中部具有贯通的凹槽沟道，在凹槽沟道底面覆盖有p型GaN层，所述p型GaN层的厚度小于等于第二GaN层的厚度；异质层上表面的两侧位置覆盖有欧姆接触金属分别形成源极和漏极，绝缘介质层覆盖于器件的上表面除源极和漏极位置外的区域，栅极覆盖于绝缘介质层上的凹槽沟道处。

本发明制作工艺简单，器件稳定性高，同时提高了器件的阈值电压。

申请人：中山大学
地址：510275 广东省广州市新港西路135号中山大学物理科学与工程技术学院
国籍：CN
代理机构：广州粤高专利商标代理有限公司
代理人：禹小明
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功率PHEMT器件大信号建模

功率PHEMT器件大信号建模
2004 年 , 由 P. M. Cabral 等人[6 ] 开发的模型在 考虑 V gs 对 Ids 的影响时 , 吸收了 TOM 模型[7 ] 与 Statz 模型的部分方程形式 , 在处理 V ds 对 Ids 的影 响时 , 采用 P. M. Curtice 等人提出的 ( 1 + λVds ) tanh (αVds ) 的形式 , 同时加入了 V gs 对膝点电压 的影响 , 加强了 Ids 对 V gs 的导数 ( 跨导和高阶跨 导) 拟合能力 。但该模型不具备反向拟合能力 , 无 法准确拟合器件线性区输出漏导特性 。本文模型的 开发即吸收了 Cabral 沟道电流模型方程主结构的 优点 , 通过对方程结构的改造和扩展 , 实现了一个 可精确拟合器件高阶跨导 、全区域漏导特性沟道电 流模型 。
2006 年 I. Kallfass 等人[8 ] 提出了一种可在数学 形式上即满足栅电荷守恒的 H EM T 栅2源 、栅2漏 电容新模型 , 这给实验室模型的开发带来很大的启 发 。借鉴 Kallfass 模型守恒式的架构形式 , 对其主 体模型方程进行了大幅度的改进 , 使得电容方程在 满足栅电荷守恒的同时 , 亦可实现对栅压的高阶 导 , 这是以往模型都不具备的 。
若定性地对以上模型进行分析 , 可以看到若模 型可精确拟合器件直流电流特性和小信号 S 参数 特性 , 则在拟合区域内模型可较好预见器件基波功 率特性 , 从这点来看 EE H EM T 、Angelov 等模型 均可胜任 , 但拟合区域只能在栅压大于阈值电压的 饱和区 。若需预见器件高次谐波特性 , 则现有模型 均有必要作大的改善 。
总体 而 言 , 目 前 见 于 应 用 和 报 道 P H EM T
16 半导体技术第 33 卷增刊 2008年 12月

9用Ni纳米岛模板制备半极性晶面GaN纳米柱

9用Ni纳米岛模板制备半极性晶面GaN纳米柱
ａｓ ａ
ｐｌａｎｅ
ａｎｄ ｓｉｄｅ
ｗａｌｌ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ
ＩＣＰ ｅｔｃｈｉｎｇ ｔｉｍｅ（１）
３
结论
本文研究了ＧａＮ表面电子束蒸发的Ｎｉ薄层在
利用Ｃｌ：进行ＩＣＰ刻蚀会在产生ＧａＣｌ。络合物等 其他分子ｏ¨，从而对材料本身产生污染。然而这 些沾污存在于刻蚀表面，没有进人晶体内部，因此 可通过多种物理¨１、化学一１清洗工艺清洁刻蚀表 面。同时，制备纳米柱使用金属Ｎｉ残留物，也可 以通过化学清洗彻底去除¨引。因此，经过适当的 物理化学清洁过程，可有效避免对二次外延带来的 影响。 图．５是通过理论计算获得的ＧａＮ半极性晶面
氮气氛围中快速退火时，随着温度的变化情况，研 究结果表明，在一定的温度下（８００℃），金属Ｎｉ 薄膜退火会形成有序的纳米岛结构。同时利用所形 成的Ｎｉ纳米岛特殊的尖锥结构作为模板，控制 ＩＣＰ刻蚀时间，２ ｒａｉｎ刻蚀出较为有序具有ＧａＮ半 极性面的纳米柱阵列结构，随着刻蚀时间的增加， 有序的阵列结构消失，说明在刻蚀的过程中要准确 控制好刻蚀时间，才能获得所需的带有半极性侧壁
媳撼生 验
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—３５３ｘ．２０１ １．０６．００１
利用Ｎｉ纳米岛模板制备半极性晶面ＧａＮ纳米柱
杨国锋１，陈鹏１’２，于治国１，刘斌１，谢自力１ 修向前１，韩平‘，赵红１，华雪梅１，张荣１，郑有蚪１
（１．南京大学电子科学与工程学院江苏省光电功能材料重点实验室，南京２１００９３； ２．南京大学扬州光电研究院，江苏扬州２２５００９） 摘要：报道了在ＧａＮ表面以Ｎｉ纳米岛结构作为模板，利用电感耦合等离子（ＩＣＰ）刻蚀制 备ＧａＮ纳米柱的研究结果。原子力显微镜（ＡＦＭ）测试结果表明，金属Ｎｉ薄膜在快速热退火 （ＲＴＡ）作用下形成了平均直径和高度大约分别为３２５ ａｍ和７０ ｎｍ的纳米岛状结构。通过电子扫 描显微镜（ＳＥＭ）照片看出，以ＧａＮ表面所形成的Ｎｉ纳米岛作为模板图形，通过控制ＩＣＰ刻蚀 时间，在一定的刻蚀时间内（２ ｍｉｎ）获得有序的并拥有半极性晶面的ＧａＮ纳米柱阵列。这种新 颖的半极性ＧａＮ纳米柱作为氮化物量子阱或者超晶格结构的生长模板，可以有效减小甚至消除 极化效应，提高光电子器件的效率和性能。 关键词：氮化镓；镍纳米岛模板；电感耦合等离子刻蚀；半极性面；氮化镓纳米柱 中图分类号：ＴＮ３０４．２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—３５３Ｘ（２０１１）０６—０４１７—０４
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Si
1.12 11.8 1.5
GaAs
1.42 12.8 0.5
SiC
3.25 9.7 4.9
GaN
3.4 9 2.3
三种晶体结构：立方闪 锌矿3C型结构（β相）、 六角纤维锌矿2H型结构 （α相）和面心立方结构 （NaCl结构）
禁带宽度 Eg (eV) 相对介电常数 εr 热导率 (W/cmK)
击穿电场 (MV/cm)
图13 GaN n-MOSFET结构示意图
2.主要工艺介绍
2.1在蓝宝石衬底上使用氢化物气相外延 (HVPE)生长GaN外延
1)蓝宝石衬底 GaN 外延最常用的衬底是蓝宝石（α-Al2O3），其结构为六方结构和斜方结构， 如图18所示。蓝宝石具有高温下（1000℃）化学稳定，容易获得大尺寸，以及 价格便宜等优点。缺点是它与GaN 之间存在着较大的晶格失配和热膨胀失配， 大的晶格失配导致在GaN 外延层中产生很高的位错密度，高的位错密度降低了 载流子迁移率和少数载流子寿命，降低了热导率；热失配会在外延层冷却过程 中产生应力，导致裂纹的产生，最终降低产品性能。
Load Lock AIXTRON VPE 100
Electronic Control Rack
AIX HVPE Reactor- Cross Section
生长条件:
衬底条件:
HVPE反应方程:
Mg源: Cp2Mg 需要控制流速，生长温度等。
2.2 采用低压化学气相淀积(LPCVD)在GaN上淀积栅介质层SiO2 1）二氧化硅的理化性质及用途 密度:SiO2致密程度的标志。密度大表示致密程度高，约2-2.2g/cm3； 熔点:石英晶体1732℃,而非晶态的SiO2无熔点，软化点1500℃ 电阻率:与制备方法及所含杂质有关,高温干氧可达1016Ω·cm,一般在107-1015 Ω·cm； 介电性:介电常数3.9；介电强度:100-1000V/μm； 折射率 :在1.33-1.37之间； 腐蚀性:只和HF酸反应，与强碱反应缓慢。
a) 源（Source）：气体源，如 BF3，BCl3，PH3，AsH3 Ar，GeH4，O2，N2等。 如用固体或液体做源材料，一般先加热，得到它们的蒸汽，再导入放电区。 b) 离子源（Ion Source）：灯丝（filament）发出的自由电子在电磁场作用下， 获得足够的能量后撞击源分子或原子，使它们电离成离子，再经吸极吸出， 由初聚焦系统聚成离子束，射向磁分析器. B ， As，Ga，Ge，Sb，P
离子：P，As，Sb，B，In，O 剂量：1011~1018 cm-2 能量：1– 400 keV 可重复性和均匀性: ±1% 温度：室温 流量：1012-1014 cm-2s-1
能量：20-80KeV
400-500W/h
GaN: 注入能量，注入角度，注入源，退火 Si是n型GaN注入中最适用的掺杂物。
锗
离子注入 在半导体领域，引入杂质的方法主要有：扩散、外延生长和离子注入。由于 GaN稳定的化学性质使扩散需要较高的温度和较长的时间，所以扩散法掺杂不 具有实用价值。外延生长掺杂，受材料的溶解性以及外延生长过程的选择性 影响较大，且含量不易控制，灵活性较差。 离子注入的基本过程 将某种元素的原子或携带该元素的分子 经离化变成带电的离子 在强电场中加速，获得较高的动能后， 射入材料表层（靶） 以改变这种材料表层的物理或化学性质
名称 PMMA
极型 灵敏度 /μ Cc m-2 (电子 能量 20kV) 对比度 分辨率 μ m 通常的厚 度 μ m
+ 40-80
2-3 0.1 1
光刻工艺过程示意图
2) 德国Raith电子束光刻系统 型号有：Raith 50,Raith 150,Raith 200 技术参数： 1.扫描速度有：2.5MHz,4MHz，6MHz和 10MHz多种选择 2.工件台移动：45mmX45mm， 150mmX150mm，200mmX200mm 3.激光工件台的激光定位精度为2nm 3) Vll Sta 810XEr 中束流注入机 典型离子注入参数:
图1 纤锌矿GaN 各个不同方向的透视图
图2 Ga面和N面GaN晶格结构图
3.GaN材料的晶格常数
AlGaN, InGaN, InAlN, GaNP
三元化合物如AlxGa1-xAs的晶格常数一般可以 表示为：a（x）=xa（AlAs）+（1-x）a （GaAs）
图3 闪锌矿结构
一. MOSFET结构
掺入的杂质是电活性的，能提供所需的载流子，使许多微结构和器件得以实现。 掺杂的最高极限约1021 atoms/cm3，最低1013 atoms/cm3 晶片 器件 作用 隐埋区 隔离区 双极型晶体管及其IC 硅 基区 发射区 电阻 开关管及高速IC MOS晶体管及其IC 砷化镓 MIS IC，结型场效应 晶体管及其IC pnp管 提高开关速度 源、漏、沟道、阱 半绝缘区 源、漏 集电区、发射区 杂质 Sb, As B, Al B, P P, As, P-As, B B:P Au, Pt B:P, As H, O, Cr Zn, Be:S, Si, Sn In-Ga, Al
作为掩蔽膜 0.8 nm栅氧化层 High K
隔离工艺 互连层 间绝缘 介质
1)方法选择
2) Tempress扩散系统
பைடு நூலகம்
1.装载系统：用于将上料台上的石英舟及未扩 散硅片送入炉内，以及将扩散完成的硅片送到 上料台。 2.炉体部分：机台的核心部分，由四个炉体和 温度控制系统以及炉门控制系统组成。 3.气源柜：用于提供扩散工艺过程所需的各种 工艺气体，以及将扩散过程中产生的尾气通过 酸排风系统排出。
1.P-N结
N型半导体 P型半导体
(a)
漂移，扩散
图6 p-n结
(b)
2.肖特基接触
图7 能带图
3.欧姆接触
3.1 隧道效应
3.2 小结
图8 能带图
图9 金属跟n型半导体接触
4 .MIS结构
1.GaN材料
图10 能带图
5. 掺杂 掺杂（doping）：将一定数量和一定种类的杂质掺入材料中，并获得精确的杂质分布 形状（doping profile）。
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道
二. MOSFET器件涉及的物理机制 主要包括衬底层的生长；源漏区的掺杂；栅介质层的选取；器件隔离；欧姆接 触和栅极肖特基接触等。
PN结 欧姆接触 肖特基接触 MIS结构 掺杂
图5 GaN n-MOSFET结构示意图
1) 利用CHF3 和O3的等离子体进行清洁
通过利用对气体离化成等离子状态,来处理样品表 面，实现清洁、改性、光刻胶灰化等的目的。
PJ等离子清洗器 2)电子束蒸发淀积金属
美国 Temescal 公司，型号：FC20359； Ultimate vacuum ≤ 1 x 10-7 Torr； Operational Vacuum ≤ 1 x 10-6 Torr in 40 mins；
NMOS
BJT
B E
C
p p+
n+
n+
nn+ p
p+
图11
掺杂应用：MOSFET中阱、栅、源/漏、沟道等；BJT中基极、发射极、集电极等
目的：改变晶片电学性质，实现器件和电路纵向结构。 方式：扩散（diffusion）、离子注入（ion implantation）、合金、中子嬗变。
图12
基本概念：结深 xj （Junction Depth）；薄层电阻 Rs （Sheet Resistance ）； 杂质固溶度（Solubility)
B.临界层厚度
在异质外延生长时，应变能是随着外延层厚度增加而增加，通常把外延层即将释放 应变能形成失配位错时的厚度称为临界层厚度。 计算临界层厚度的模型有：PB模型，Fisher模型和Matthews模型
2) AIXTRON HVPE生长GaN
5 Zone resistance Heater Gas Mixing System
电子迁移率 μ (cm2/Vs) 饱和漂移速度 vsat (107 cm/s) (峰值) 最大工作温度 T (℃)
0.3
1500 1 300
0.4
8500 1 300
3
700 2 600
4
1000~2000 3 700
纤锌矿结构（六方相，a 相），闪锌矿结构（立 方相，b相）和岩盐结构
2. 纤锌矿GaN
MOSFET器件
1) 结构
S
2)符号
G
D
SiO2
D G S
tox
B
3)基本参数 沟道长度 L(跟工艺水平有关) 沟道宽度 W 栅氧化层厚度 tox
B
图4 MOSFET结构
2. MOSFET分类
场效应管的分类：
N沟道 增强型 MOSFET (IGFET) FET 场效应管 JFET 结型 N沟道 （耗尽型） P沟道 绝缘栅型 耗尽型 P沟道 P沟道 N沟道
4) Oxford Plasma lab System 100 ICP 180
干法刻蚀可以从抗蚀剂图 案上得到高准确度的图案转 移。 终点控制用激光干涉度量法。
2.2 源漏区欧姆接触 目前n-GaN上最常采用的金属为Ti/Al/Ni/Au。金属的功函数等于或低于GaN的4.2eV。 Ti/Al双层结构其功函数较低，Ni/Au作为Ti/Al的覆盖层可以阻止AU向GaN表面的扩 散，防止与GaN接触的Ti/Al的氧化。蒸镀和溅射是两种常用的欧姆接触制备方法
GaN MOSFET器件制作工艺介绍
1.主要工艺流程
GaN MOSFET器件的结构如图13所示。器件设计在厚度为2μm的p型GaN材料上，以 Mg作为受主杂质（杂质非完全电离，Mg的电离能为170meV），浓度量级范围内， 栅极氧化层厚度（选用SiO2作为栅介质）为10-100nm，栅长取值范围为0.8μm-5μm之 间，n+漏源区的掺杂浓度，电极间距离Lgd=Lgs为0.5-3μm。在模拟过程中，GaN的电 子迁移率μn设置。 GaN主要工艺流程： (1)在蓝宝石衬底上使用氢化物气相外延 (HVPE)生长GaN外延； (2)采用低压化学气相淀积(LPCVD)在GaN 上淀积栅介质层SiO2，淀积温度为900℃； (3)淀积0.5μm SiO2做保护层，进行离子注 入Si形成源漏重掺杂； (4)离子注入完成后，对器件进行快速热 退火，消除晶格损伤并激活杂质； (5)淀积形成源漏区接触和栅极接触。