高性能AlGaN/GaN复合阳极场控功率整流器新结构及模型

氮化镓（GaN）电子器件是国际半导体领域研究热点和战略制高点之一。本申请提出一种具有复合阳极的AlGaN/GaN场控功率整流器新结构并建立其电流－电压模型。该结构通过肖特基－欧姆接触构成复合阳极实现对器件开启与截止的电场控制，这是一种新的器件工作机理。该结构不仅具有高压、高速、低功耗等优点，还与AlGaN/GaN HEMT功率开关器件工艺兼容，特别适合功率半导体向集成化、智能化、小型化发展的需要。同时，本申请采用等效电阻网络方法，对所提出的GaN功率整流器新结构建立含有温度、偏置电压以及器件结构等参数的电流－电压模型，该模型的建立具有普适性，可应用于其它功率器件研究中。本申请是一项具有国际先进水平的基础性开拓研究，具有重大的科学意义和应用价值，在经济和军事领域具有广阔和特殊的应用前景。

本课题严格按照《申请书》研究内容和经费预算执行，圆满完成全部研究计划，达到了预期目标。在本基金资助下，紧密围绕“高性能AlGaN/GaN复合阳极场控功率整流器新结构及模型”研究，提出了一种具有复合阳极的AlGaN/GaN 场控功率整流器新结构并建立了电流－电压模型，研究了器件特性与器件结构、偏置电压、温度等的关系，阐述了不同情况下的器件击穿机理；在本基金资助下，本课题还对GaN HEMT器件进行了拓展研究。在本领域发表学术论文8篇，其中被SCI检索4篇，EI检7篇；申请中国发明专利4项；作学术报告5次，其中特邀报告2次。主要研究成果概述如下：. 1）提出了一种具有复合阳极的AlGaN/GaN场控功率整流器（L-FER）新结构；分析了器件耐压与器件结构和温度的关系，阐述了不同情况下的器件击穿机理。本课题所提出的新结构具有普适性，可应用于其它功率器件研究中；同时也具有极好的工艺兼容性和可控性，非常适合硅基GaN功率半导体器件及集成技术的需要。相关研究结果发表在IEEE ICSICT-2010国际会议和国外SCI期刊Semi. Scie. and Tech.-2013上。. 2）基于电阻分析方法，建立了L-FER器件的电流-电压模型，研究了各部分电阻与温度变化的关系，为器件优化设计提供了理论依据。相关研究结果发表在IEEE Tran. Elect. Devi.-2010上。. 3）提出了一种具有混合栅电极的增强型AlGaN/GaN HEMT功率器件，在保证相同耐压下，其比导通电阻较常规结构62%，相关研究结果发表在国外SCI期刊IET Elect. Lett.-2010上。提出了具有凹槽势垒漏极（RBD）的AlGaN/GaN MISFET器件，该器件在在反向偏置时具有自保护功能，而且具有低正向导通电阻特性，相关研究结果发表在SCI期刊China Physics B-2012上。. 4）提出利用能带调制技术抑制AlGaN/GaN HEMT器件栅极泄露电流，建立了势垒层中导带的能量解析模型，从而为能带调制技术奠定了理论支持。结果表明，能带调制技术能够有效的降低栅极正向泄露电流。相关研究结果发表在Solid-State Electr.-2013和Journal of Semico.-2013 上。