【摘要】：GaN器件在經(jīng)過近十年的高速發(fā)展后,相比于傳統(tǒng)硅基MOSFETs,其在高速、高效、高功率應用領域已展現(xiàn)出越來越明顯的性能優(yōu)勢。為充分發(fā)揮GaN器件高頻、高能效、高功率密度、工作溫度高等獨特優(yōu)勢,最大限度地提升GaN基電力電子系統(tǒng)的性能,開發(fā)單芯片硅基GaN功率IC是必然趨勢。除GaN晶體管外,二極管也是發(fā)展GaN單片功率IC不可或缺的核心器件之一。然而業(yè)界對GaN-on-Si二極管的研究甚少,目前尚無其商用產(chǎn)品,因此開發(fā)具有超低開啟電壓、低導通電阻、低反向漏電、高耐壓和高均一性的GaN功率二極管十分必要。本文針對上述背景,提出了一種高性能的GaN-on-Si二極管新結構,并對其在射頻混合信號方向的應用進行了研究。主要內(nèi)容如下:(1)提出一種超勢壘混合陽極GaN橫向功率二極管新結構(Hybrid-anode Super-barrier Diode—HSD)。該結構采用超薄勢壘AlGaN/GaN異質結,其溝道2DEG密度(~10~122 cm~(-2))比傳統(tǒng)常規(guī)勢壘(~10~133 cm~(-2))降低了1個量級,具有天然的整流特性。后期通過在異質結上生長LPCVD-SiN_x等介質層,利用其引入的介質電荷和介質應力來恢復access region中的2DEG,柵下區(qū)域由于介質層被去除而保留了其天然的整流特性,因此可在實現(xiàn)整流特性的同時充分降低器件導通電阻。相比于傳統(tǒng)常規(guī)勢壘結構,HSD具有兩大優(yōu)勢:一,通過控制MOCVD生長的異質結勢壘層厚度可實現(xiàn)開啟電壓的精確調控;二,不需要對柵下勢壘層進行額外的“處理”,如刻蝕或離子注入,可極大地降低該步工藝中可能產(chǎn)生的晶格損傷及其帶來的器件性能衰退問題,有利于實現(xiàn)高性能的GaN二極管。(2)仿真設計優(yōu)化并實驗制備GaN HSD器件。本文首先通過仿真對異質結勢壘層的厚度進行優(yōu)化;其次對優(yōu)化后的HSD進行流片實驗,并在實驗中不斷優(yōu)化工藝菜單以開發(fā)適用于HSD器件的制備技術;最終獲得的HSD器件開啟電壓僅為0.35V,L_(ac)=10μm時耐壓達到800V以上。同一晶圓上制備的155個器件,其開啟電壓標準差僅為0.025V,表明器件性能具有高均勻性。(3)HSD器件的拓展應用——零偏壓混頻器。該混頻器由兩個GaN HSD器件并聯(lián)而成,器件直流測試結果顯示,HSD混頻器在0V附近具有較強的非線性,室溫下的開啟電壓僅為0.2V;經(jīng)初步的RF測試可看出,當溫度高達200℃時,器件表現(xiàn)出較好的混頻特性,表明器件具有良好的高溫特性。
【圖文】：

功率開關器件的應用領域在實際應用中，要求功率開關器件在控制電能傳輸至負載的同時產(chǎn)生的功率

Si、SiC、GaN和AlN的材料特性對比圖
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN313.4

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 郭紅翠;呂國強;蔡斐;;X波段四次諧波混頻器及相位改進設計[J];電子科技;2011年03期

相關博士學位論文 前1條

1 汪志剛;氮化鎵異質結晶體管電荷控制模型與新結構[D];電子科技大學;2013年

相關碩士學位論文 前2條

1 張東響;3毫米波段四次諧波混頻器的研究[D];南京理工大學;2007年

2 馬凱學;毫米波混頻技術研究[D];西北工業(yè)大學;2002年

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本文編號：2617785