最近，蘇州晶湛半導(dǎo)體官網(wǎng)宣布，其[敏感詞]研發(fā)的GaN器件創(chuàng)造了一個(gè)新紀(jì)錄——擊穿電壓超過了10kV，“這是迄今為止全球[敏感詞]值”。
更為重要的是，該器件的GaN外延結(jié)構(gòu)是基于藍(lán)寶石襯底，因此制備成本比SiC便宜2-3倍。晶湛認(rèn)為，這項(xiàng)突破有助于氮化鎵打入電動(dòng)汽車、電網(wǎng)和軌道交通等高壓應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的潛力。
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創(chuàng)新外延架構(gòu)
創(chuàng)造全球[敏感詞]記錄
根據(jù)晶湛介紹，他們與美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)電力電子技術(shù)中心（CPES）合作攻關(guān)，制備了一款GaN SBD，成功實(shí)現(xiàn)了超過10kV的超高擊穿電壓，這是迄今為止GaN功率器件擊穿電壓的[敏感詞]記錄。
經(jīng)過測(cè)量，晶湛制備的其中一款氮化鎵器件的擊穿電壓約為11kV。高達(dá)3kV反向偏置的電容-電壓測(cè)量結(jié)果顯示，其電容能量損失僅為1.6μJ/mm。
而且，在實(shí)現(xiàn)10kV的超高擊穿電壓的同時(shí)，該器件的巴利加優(yōu)值高達(dá)2.8GW?cm2，導(dǎo)通電阻率低至39mΩ?cm2，遠(yuǎn)低于10kV耐壓的SiC SBD。
這項(xiàng)技術(shù)突破的關(guān)鍵技術(shù)有兩個(gè)，包括蘇州晶湛的新型多溝道AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)外延片，以及pGaN降低表面場(chǎng)技術(shù)（RESURF)。
其中，晶湛的氮化鎵外延材料結(jié)構(gòu)包括：20nm p+GaN/350nm p-GaN帽層，以及23nm Al0.25Ga0.75N/100nmGaN本征層的5個(gè)溝道。
圖1：多溝道AlGaN/GaN SBD器件結(jié)構(gòu)圖
據(jù)了解，這種外延結(jié)構(gòu)是晶湛團(tuán)隊(duì)通過MOCVD方法在4英寸的藍(lán)寶石襯底上單次連續(xù)外延實(shí)現(xiàn)，無需二次外延，由于采用廉價(jià)的藍(lán)寶石襯底和水平器件結(jié)構(gòu)，其器件的制備成本遠(yuǎn)低于SiC二極管。
該團(tuán)隊(duì)指出，與4英寸SiC相比，4英寸藍(lán)寶石基GaN晶圓的成本降低了2-3倍左右。再加晶湛器件的芯片尺寸更小，因此該器件的材料成本遠(yuǎn)低于同級(jí)SiC SBD，而且橫向GaN器件的加工成本也比SiC低。
此外，該團(tuán)隊(duì)經(jīng)過估算，10kV、0.3A RESURF器件的開關(guān)品質(zhì)因數(shù)為15.7nCV，而3.3kV、0.3ASIC SBD為30.8nCV。
圖2：晶湛SBD與其他GaN、SiC、氧化鎵SBD的導(dǎo)通電阻和BV基準(zhǔn)的對(duì)比情況（虛線為理論極限）。
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