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双场板凹槽阳极提高GaN肖特基二极管击穿电压

  Notre Dame大学的研究者们称,硅基侧向AlGaN/GaN肖特基势垒二极管可实现行业内最高1.9kV的击穿电压。
 
  研究者称:“本次实验获得的击穿电压是在已报道的硅基氮化镓二极管上获得的最高值。”并且“该器件性能与技术发展领先水平的碳化硅、蓝宝石、块状氮化镓衬底的氮化镓二极管相当。”
 
  在碳化硅、蓝宝石、块状氮化镓衬底上生长的器件可受益于氮化物半导体材料的低位错位密度,而硅基材料的成本明显较低。生产商们显然倾向采用低成本、高质量的材料制造可靠性较高的功率电子器件。
 
  Notre Dame大学采用金属有机物化学气相沉积法在6英寸硅基上制成外延材料,并开发肖特基势垒二极管。利用分子束外延法,重新生长100nm n+-GaN阴极欧姆接触。阴极金属材料是非合金质地的钛/金。
 
  具有两个场板的凹槽阳极分阶段形成。首先在凹槽刻蚀之前,先沉积SiN电介质层,然后在AlGaN/GaN层刻蚀深度50nm形成凹槽,凹槽阳极的镍和金以及第一块场板随后沉积。
 
  最后,采用相对较厚的SiO2、镍/金形成第二层场板。SiO2层要厚一些,以便支撑阳极-阴极的电压差。阳极-阴极之间的距离从10μm到25μm间不等。
 
  器件接通电压大约0.67V,阳极-阴极间距25μm时反偏压1.93kV(1mA/mm cut-off)。正向电流100mA/mm时,导通电阻5.12mΩ·cm2。研究者们还表示其功率品质因数(FOM=BV2/RON,SP)为727MW/cm2
 
  阳极-阴极间距为20μm器件的相应性能参数为1.6kV,3.7mΩ·cm2,and 691MW/cm2,其功率品质因数也和其他领先水平的器件相当。
 
  尽管双场板结构可显著提升电容,器件预估的开关时间大约~350ps。研究者估测加入第二场板后,根据阳极-阴极间距不同,可提升击穿电压大约5%~25%。研究者相信,通过控制表面场使有效临界场更加接近块状氮化镓的值,以进一步提升击穿电压的空间。
 
 

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