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GaN基二极管的温度特性测试与分析

  GaN的禁带宽带大,熔点高,可以工作在高温下。本文测试了绝缘栅混合阳极二极管(MG-HAD)在80℃和150℃下的高温特性,并与常温25℃下的特性进行对比。
 
  1. 正向温度特性测试与分析
  如图1为Ld=5µm下的MG-HAD正向温度特性,测试温度为常温25℃、80℃和150℃。随着温度的升高,器件的正向工作电流降低。在正向电压为2V时,80℃和150℃下的正向工作电流分别为182mA/mm和117mA/mm。
MG-HAD的正向温度特性,其中Ld=5m 
图1 MG-HAD的正向温度特性,其中Ld=5µm
 
  由于温度的升高,器件的正向工作电流的降低,故器件的工作电压和比导通电阻都随着温度的升高而增大。不同温度下,器件的工作电压与比导通电阻的测试结果如图2所示。
MG-HAD的工作电压VF和比导通电阻Ron,sp随温度的变化曲线 
图2 MG-HAD的工作电压VF和比导通电阻Ron,sp随温度的变化曲线
 
  从图2中可以看出,在温度为25℃、80℃和150℃下,器件的工作电压VF(正向电流达到100mA/mm时的电压值)分别为1.3V、1.45V和1.9V,与常温25℃相比,150℃下的VF增加了46%;在温度为25℃、80℃和150℃下,器件的比导通电阻Ron,sp分别为0.6m·cm2、0.83m·cm2和1.13m·cm2,涨幅达88%。从图中还可以看出随着温度升高,器件工作电压与比导通电阻具有较好的一致增加。器件正向特性的退化是由于温度的升高,电离杂质散射作用减弱,晶格振动散射增强,使沟道中电子的迁移率下降;同时温度上升,沟道对电子的限域性也会减弱。
 
  2. 反向温度特性测试与分析
  测试Ld=10µm和20µm的MG-HAD在不同温度下的反向特性,测试结果如图3所示。从图3可以看到,80℃下器件的反向特性与25℃时相差无几。Ld=20µm时器件在80℃下的反向击穿电压可达1000V,150℃下器件的反向漏电仍然可以被很好抑制,其值低于10µA/mm。150℃下,Ld=10µm和20µm时器件击穿电压分别为541V和616V。
MG-HAD 的反向温度特性 
图3 MG-HAD 的反向温度特性(a)Ld=10µm;(b)Ld=20µm
不同Ld下MG-HAD的反向耐压随温度的变化曲线 
图4 不同Ld下MG-HAD的反向耐压随温度的变化曲线
 
  图4为不同Ld下MG-HAD的反向耐压随温度的变化曲线,由图可知,直到150℃,MG-HAD都具有适中的温度依赖特性。这表明该具有混合阳极结构的新型HFET器件能够有效的抑制高温下的漏电,而具有传统的肖特基阳极的GaN基二极管在高温下的漏电严重。

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