硅基GaN功率半导体技术.pdf

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1、第46卷第12期电力电子技术Vo1．46，No．122012年12月PowerElectronicsDecember2012硅基GaN功率半导体技术周琦，陈万军，张波(电子科技大学，电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川成都610054)摘要：宽禁带半导体氮化镓(GaN)器件具有高压、高速、高功率、高效率、耐高温等优点，针对未来功率电子应用，GaN器件具有传统si材料器件所不可比拟的优势。si基GaN(GaN．on．Si)功率半导体技术由于使用si衬底材料，可在大直径硅晶圆上外延GaN且具有与传统si工艺兼容等优势，成为未来功率半导体技术发展的理想选择。在此

2、从GaN-on-Si功率半导体所涉及的GaN外延技术、器件耐压优化、增强型器件技术、电流崩塌效应、si工艺兼容、功率集成、器件可靠性等多个方面报道了GaN．on．Si功率半导体技术的最新研究进展，并分析了GaN．on．Si功率半导体技术未来面临的机遇与挑战。关键词：半导体：功率器件：功率集成中图分类号：TN32文献标识码：A文章编号：1000—100X(2012)12—0022—12GaN-on-SiPowerSemiconductorTechnologyZHOUQi，CHENWan-jun，ZHANGBo(StateKeyLaboratoryofElect

3、ronicThinFilmsandIntegratedDevices，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu610054，China)Abstract：Owingtotheuniquelysuperiormaterialpropertiesfortheapplicationsofhighvoltage，highspeed，highpow—erdensity，highpowerefficiency，thewidebandgapGaNhasattractedtremendousatten

4、tionrecently．Byfeaturingtheadvantageoflow—costattributestothecheapSisubstrate，theavailabilityoflargediameterSisubstrateandSiprocesscompatibleGaN-on—Sipowersemiconductortechnologyisapromisingcandidateforfuturepowerelectronics．ThispaperreviewstherecentprogressinGaN—on—Sipowersemicond

5、uctorincludingGaNepitaxy，breakdownvoltageenhance—ment，enhancement-modeGaNpowerdevice，currentcollapse，Sicompatibleprocess，powerintegrationanddevicereli-ability．TheopportunitiesandchallengesofGaN—on—Sitechnologyforfuturepowerelectronicsarealsodiscussed．Keywords：semiconductor；powerdev

6、ice；powerintegrationFoundationProject：SupportedbyStateKeyProgramofNationalNaturalScienceofChina(No．61234006)；NationalNaturalScienceFoundationofChina(No．61274090)1引言高，Si基功率半导体器件的性能逐渐逼近si材料本身的理论极限。与此同时，宽禁带半导体材料凭在电气与电子领域．功率半导体器件在功率借自身材料特性的优势成为下一代功率电子的理与能源的分配和管理上一直扮演着至关重要的角想替代材料。在宽禁带半导

7、体材料中，碳化硅色。功率半导体器件自身性能的提高是推动功率(SiC)功率半导体技术研究起步最早，技术相对成系统在功率密度、功率效率、工作频率、可靠性、重熟。自2001年推出第一个商用SiC功率整流器以量和尺寸等多方面性能提高的源动力。过去30多来，多种SiC功率器件产品相继研制成功．并部分年来。si基功率器件占据了功率半导体器件的主走向商用市场。流位置，如金属氧化物半导体场效应晶体管另一方面．宽禁带半导体材料GaN具有禁带(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。然宽度大、临界击穿电场高、电子漂移饱和速度高、而，随着实际应用对功率器件性能的要求越来

8、越导热率高以及化学稳定性好等特点．在近10年受到功率