Vertical Gallium Nitride PowerDevices: Fabrication and Characterisation
Wydajna konwersja mocy jest niezbędna, aby stawić czoła stale rosnącemu zużyciu energii w naszym społeczeństwie. Pionowe tranzystory polowe mocy oparte na GaN zapewniają doskonałe parametry dla przełączników konwersji mocy, ze względu na ich zdolność do obsługi wysokich napięć i gęstości prądu przy bardzo niskim zużyciu powierzchni.
Niniejsza praca koncentruje się na pionowym półprzewodnikowym tranzystorze polowym z bramką z tlenku metalu (MOSFET) z zaletami koncepcyjnymi w zakresie wytwarzania urządzenia poprzedzonego epitaksją GaN i charakterystyką trybu wzmocnienia. Stos warstw funkcjonalnych obejmuje od dołu sekwencję warstw GaN n+/n--drift/p-body/n+-source. Szczególną uwagę zwrócono na domieszkowanie Mg warstwy korpusu p-GaN, co samo w sobie jest złożonym tematem.
Pasywacja wodorowa magnezu odgrywa istotną rolę, ponieważ tylko aktywne (wolne od wodoru) stężenie Mg określa napięcie progowe MOSFET i zdolność blokowania diody korpusu. Specyficzne wyzwania związane z wytwarzaniem tej koncepcji są związane ze złożoną integracją, tworzeniem kontaktów omowych z warstwami funkcjonalnymi, specyficzną implementacją i schematem przetwarzania modułu rowka bramki oraz bocznym zakończeniem krawędzi. Maksymalne pole elektryczne, które zostało osiągnięte w złączu pn- diody MOSFET, szacuje się na około 2,1 MV/cm.
Na podstawie pomiarów transferu double-sweep ze stosunkowo małą histerezą, stromym nachyleniem podprogowym i napięciem progowym 3 - 4 V wskazano na dość dobrą jakość interfejsu Al2O3/GaN. W stanie przewodzenia ruchliwość kanału szacuje się na około 80 - 100 cm /Vs. Wartość ta jest porównywalna do urządzeń z dodatkowym przerostem kanału.
Oczekuje się dalszej poprawy charakterystyk w stanie wyłączonym i włączonym w celu optymalizacji odpowiednio zakończenia urządzenia i interfejsu high-k/GaN pionowej bramki wykopu. Z uzyskanych wyników i zależności wynikają kluczowe dane dotyczące wydajnego obszarowo i konkurencyjnego urządzenia.