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氢对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电学特性及缺陷的影响
Effect of hydrogen on electrical properties and defects of AlGaN/GaN HEMTs
| 作者 | De Santi |
| 期刊 | Applied Physics Letters |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 卷/期 | 第 126 卷 第 22 期 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | AlGaN/GaN HEMTs 氢处理 电学特性 缺陷密度 钝化机制 |
语言:
中文摘要
本文研究了室温氢气处理后AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的电学特性，并分析了氢气作用于AlGaN/GaN HEMT的物理机制。氢气处理后，器件的开关比从2.2×10³提高到3.2×10³，最大跨导也有所增加，而阈值电压几乎保持不变。与未处理的器件相比，氢气处理后器件的栅延迟特性得到了改善。通过低频噪声表征方法发现，与未处理的器件相比，氢气处理后AlGaN/GaN HEMT的内部缺陷密度有更明显的降低。这一机制可归因于氢原子通过形成N - H和Si - H等键对漏极和栅极电极之间SiNₓ层以及SiNₓ/AlGaN界面处的缺陷进行了钝化。研究结果可能……
English Abstract
In this paper, the electrical characteristics of AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors (HEMTs) were investigated after hydrogen treatment at room temperature, and the physical mechanism of hydrogen action on AlGaN/GaN HEMTs was analyzed. The ON–OFF ratio of the devices increases from 2.2 × 103 to 3.2 × 103 and the maximum transconductance also increases after hydrogen treatment, while the threshold voltage remains almost unchanged. The gate-lag characteristics of the devices after hydrogen treatment have been improved by comparing with the fresh ones. The internal defects density for the AlGaN/GaN HEMTs after hydrogen treatment is found to show more obvious decrease compared to that of the fresh ones through the characterization method of low-frequency noise. This mechanism could be attributed to the passivation of defects in the SiNx layer and at the SiNx/AlGaN interface between drain and gate electrodes by H atoms due to the forming bonds, such as N–H and Si–H. The results may
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项关于氢处理改善AlGaN/GaN HEMT器件性能的研究具有重要的战略意义。GaN（氮化镓）功率器件是新一代高效电力电子技术的核心，在我们的光伏逆变器和储能变流器产品中，GaN器件能够实现更高的开关频率、更低的导通损耗和更紧凑的系统设计，这直接关系到产品的功率密度和转换效率提升。
该研究揭示的氢气室温处理技术展现出显著的应用价值。实验数据显示，经氢处理后器件的开关比提升45%，最大跨导增加，且栅极滞后特性得到改善。更重要的是，通过低频噪声表征证实了氢原子能够钝化SiNx钝化层及其与AlGaN界面的缺陷态，形成N-H和Si-H键合，这一机理为提升GaN器件的长期可靠性提供了新途径。对于阳光电源而言，这意味着逆变器和储能系统在户外严苛环境下的稳定性和使用寿命有望进一步提升。
从技术成熟度评估，该工艺采用室温处理，工艺复杂度较低，具备良好的产业化潜力。然而也需要关注几个关键挑战：一是氢处理的长期稳定性，氢原子在高温工作条件下的扩散行为需要深入研究；二是该工艺与现有GaN器件量产线的兼容性；三是成本效益分析。
建议阳光电源的中央研究院跟踪该技术方向，评估在下一代SiC/GaN混合功率模块中的应用可行性，这将为我们在1500V大功率组串逆变器和工商业储能系统中保持技术领先地位提供新的竞争优势。