2024-11-06 | 科研部 南科大马俊课题组在氮化镓功率器件研究方面取得进展

近日，南方科技大学电子与电气工程系助理教授马俊课题组在电子器件领域顶级会议2024 IEDM上发表了题为“1200 V GaN-on-Si Junction Barrier Schottky (JBS) Diodes by An E-Mode-Compatible Process”的研究论文，报道了基于p-GaN岛结势垒肖特基（JBS）栅技术的、完全兼容商用氮化镓（GaN）e-mode HEMTs平台外延和制造工艺的新型GaN功率二极管器件。该技术对于未来实现超紧凑及高效的全GaN功率解决方案表现出巨大的潜力。

在电能转换的过程中，电力电子器件具有高击穿电压和高可靠性可以使电力转换系统获得更高的输出功率和稳定性。传统的GaN-on-Si肖特基二极管（SBDs）在反向阻断和可靠性方面仍然存在挑战。此外，现有SBDs技术与商用e-mode p-GaN HEMTs制造工艺兼容性较差，这对于未来实现高效紧凑的全GaN功率集成在开发和生产中需要额外的努力和花费。

图1. JBS二极管结构示意图和光学显微镜图。

图2. p-GaN岛JBS结构调控夹断电压及其带来的击穿电压提升。

图3. JBS结构减小反向电容电荷，在−600 V高电压应用时具有长达94.3年的预测寿命，并与现有横向技术相比，显示出大的电流密度。

该研究基于周期性p-GaN岛设计，开发了具有高反向阻断能力和高可靠性的新型GaN-on-Si JBS二极管。该JBS二极管制造过程完全兼容e-mode p-GaN HEMTs的工艺流程，不需要额外的工艺开发成本。通过p-GaN岛可以在肖特基结处产生结势垒并控制肖特基结的夹断电压，以减小器件的漏电流，周期性p-GaN岛终端和场板结构可以平衡阳极边缘峰值电场而使得器件能够承受超过1200 V的电压而不被击穿。得益于先进的技术设计，该JBS二极管在反向阻断、正向传导、开关、ESD、浪涌及高温长期可靠性方面表现出优异的特性，也对未来实现高效紧凑的全GaN功率解决方案产生广阔的应用前景。

南科大博士研究生邹文松为该论文的第一作者，马俊为该论文的通讯作者。南科大为该论文的第一单位，合作单位为深圳平湖实验室及深圳市晶通半导体有限公司，该研究得到了国家自然科学基金和南方科技大学的资助和支持。

IEDM（IEEE International Electron Devices Meeting），即IEEE国际电子元件会议，是具有70年历史的国际性会议，也是半导体电子器件领域的全球最高级别会议。IEDM不仅是一个展示最新研究成果的平台，更是推动行业技术发展的关键论坛，对学术界和工业界都具有重要的指导意义。

供稿单位：电子与电气工程系

通讯员：田艳

主图：丘妍

编辑：周易霖