6500V+1200V！國內(nèi)氮化鎵技術再破瓶頸

近日，國內(nèi)2家機構(gòu)先后在超高壓 GaN技術領域上取得重要成果：

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

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

北京大學：成功研發(fā)超高耐壓GaN技術

近日，北京大學崔家瑋、魏進團隊在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，該團隊已成功研發(fā)增強型p 型柵GaN晶體管，并首次在高達 4500V 工作電壓下實現(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，實現(xiàn)大于?6500V 的耐壓能力。

有業(yè)內(nèi)人士分析，該技術不僅攻克了制約 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)電子應用”的固有觀念。

這是因為傳統(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，但要想實現(xiàn) 6500V及以上?的 GaN 功率器件應用，成本負荷巨大。

然而，北京大學團隊的技術突破顛覆了“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致；動態(tài)電阻退化源于器件表面的陷阱電荷長時間與下方的溝道的載流子相互排斥。

針對這一發(fā)現(xiàn)，該團隊引入有源鈍化層，迅速中和表面電荷，解決了動態(tài)電阻問題，同時利用柵極電壓的場效應作用，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，他們發(fā)現(xiàn)當p 型層足夠薄時可被耗盡，器件從而實現(xiàn)超高的耐壓能力。

最終，該團隊研發(fā)的GaN 功率器件同時實現(xiàn)了三個關鍵特性：大于 6500V 的超高耐壓、增強型工作模式以及超低動態(tài)電阻。

據(jù)研究團隊估計，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)中心電源等應用設備提供高效率、輕量化、小型化的能源管理系統(tǒng)。

能華半導體：發(fā)布1200V 增強型氮化鎵單片集成平臺

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

據(jù)悉，基于能華半導體和東南大學長期的技術合作，雙方共同開發(fā)了超薄緩沖層(UTB)外延技術，全球首次報道1200V GaN高低壓兼容制備工藝，基于該技術研制的1200V GaN半橋集成芯片實現(xiàn)了800V/1MHz/175℃條件下無串擾工作，未來將推動GaN 器件在1200V 應用領域的廣泛應用。

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