6500V+1200V！國內(nèi)氮化鎵技術(shù)再破瓶頸

近日，國內(nèi)2家機(jī)構(gòu)先后在超高壓 GaN技術(shù)領(lǐng)域上取得重要成果：

●?北京大學(xué)：新研發(fā)4500V GaN，可實(shí)現(xiàn)低動態(tài)電阻，實(shí)現(xiàn)大于6500V 耐壓；

●?能華半導(dǎo)體：開發(fā)超薄緩沖層外延技術(shù)，發(fā)布1200V增強(qiáng)型GaN單片集成平臺；

北京大學(xué)：成功研發(fā)超高耐壓GaN技術(shù)

近日，北京大學(xué)崔家瑋、魏進(jìn)團(tuán)隊(duì)在2023 IEDM大會上發(fā)表了《具有超低動態(tài)電阻的6500V 有源鈍化氮化鎵p型柵高電子遷移率晶體管》論文。

論文提及，該團(tuán)隊(duì)已成功研發(fā)增強(qiáng)型p 型柵GaN晶體管，并首次在高達(dá) 4500V 工作電壓下實(shí)現(xiàn)低動態(tài)電阻工作能力。

據(jù)悉，該研究人員是在?GaN 功率器件的表面引入新型有源鈍化結(jié)構(gòu)，在藍(lán)寶石襯底成功制備具有該結(jié)構(gòu)的新型器件，使用該結(jié)構(gòu)所制備的器件擊穿電壓得到大幅度提升，實(shí)現(xiàn)大于?6500V 的耐壓能力。

有業(yè)內(nèi)人士分析，該技術(shù)不僅攻克了制約 GaN 功率器件近 30 年的動態(tài)電阻難題，還打破了“GaN 功率器件不適用于千伏級工業(yè)電子應(yīng)用”的固有觀念。

這是因?yàn)閭鹘y(tǒng) GaN 功率器件不僅受限于擊穿電壓的電壓等級，在高壓工作環(huán)境下，還具有動態(tài)電阻退化特征。在650V 電壓等級下，業(yè)界通常采用?3 至 4 個(gè)場板結(jié)構(gòu)將GaN 功率器件的動態(tài)電阻退化控制在可接受程度，但要想實(shí)現(xiàn) 6500V及以上?的 GaN 功率器件應(yīng)用，成本負(fù)荷巨大。

然而，北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)突破顛覆了“業(yè)界共識”。

他們研究發(fā)現(xiàn)GaN 功率器件具有“動態(tài)閾值電壓”特性，這說明 GaN 器件跟SiC器件類似，閾值電壓本質(zhì)上是動態(tài)變化的，而非由材料缺陷所導(dǎo)致；動態(tài)電阻退化源于器件表面的陷阱電荷長時(shí)間與下方的溝道的載流子相互排斥。

針對這一發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)引入有源鈍化層，迅速中和表面電荷，解決了動態(tài)電阻問題，同時(shí)利用柵極電壓的場效應(yīng)作用，重新在溝道中產(chǎn)生高濃度的電子，保持正常的電荷濃度。同時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)p 型層足夠薄時(shí)可被耗盡，器件從而實(shí)現(xiàn)超高的耐壓能力。

最終，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的GaN 功率器件同時(shí)實(shí)現(xiàn)了三個(gè)關(guān)鍵特性：大于 6500V 的超高耐壓、增強(qiáng)型工作模式以及超低動態(tài)電阻。

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，在大規(guī)模量產(chǎn)條件下，同等電流水平的 GaN 器件的成本接近 Si 器件，但在性能上實(shí)現(xiàn)了飛躍，有望為新能源汽車、軌道交通、電力傳輸、分布式儲能、清潔能源、數(shù)據(jù)中心電源等應(yīng)用設(shè)備提供高效率、輕量化、小型化的能源管理系統(tǒng)。

能華半導(dǎo)體：發(fā)布1200V 增強(qiáng)型氮化鎵單片集成平臺

近日，在2023 IEDM 大會上，能華半導(dǎo)體發(fā)表了題為《基于超薄緩沖層技術(shù)的1200V 增強(qiáng)型氮化鎵單片集成平臺》的論文，包含高壓增強(qiáng)型GaN器件、低壓增強(qiáng)型GaN器件、二極管、電阻和電容等，其中高壓器件擊穿電壓達(dá)2300V，在1200V電壓下的關(guān)態(tài)漏電僅為100pA/mm，淺槽隔離結(jié)構(gòu)擊穿電壓達(dá)3000V。

據(jù)悉，基于能華半導(dǎo)體和東南大學(xué)長期的技術(shù)合作，雙方共同開發(fā)了超薄緩沖層(UTB)外延技術(shù)，全球首次報(bào)道1200V GaN高低壓兼容制備工藝，基于該技術(shù)研制的1200V GaN半橋集成芯片實(shí)現(xiàn)了800V/1MHz/175℃條件下無串?dāng)_工作，未來將推動GaN 器件在1200V 應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

官網(wǎng)顯示，能華半導(dǎo)體成立于2010年，是國內(nèi)最早一批專注GaN功率器件的IDM公司。目前，能華半導(dǎo)體同時(shí)掌握增強(qiáng)型GaN技術(shù)、耗盡型GaN技術(shù)和耗盡型GaN直驅(qū)方案，產(chǎn)品線涵蓋GaN外延片、GaN功率場效應(yīng)管、GaN集成功率器件以及GaN芯片代工等。