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具有栅极对准图案化AlScN叠层的铁电HEMT抑制负DIBL效应
Suppressed Negative DIBL of Ferroelectric HEMT With Gate-Align Patterned AlScN Stack
| 作者 | Gyuhyung Lee · Hyeong Jun Joo · Seung Yoon Oh · Geonwook Yoo |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 铁电GaN HEMT AlScN堆叠 负漏致势垒降低效应 亚阈值摆幅 GaN基逻辑电路 |
语言:
中文摘要
在本文中，我们展示了一种具有栅极对齐图案化 AlScN 堆叠结构的铁电氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT），该结构可抑制负漏致势垒降低效应。通过防止高负栅 - 漏偏压引起的铁电极化意外极化，该铁电高电子迁移率晶体管（FeHEMT）即使在高漏极电压下也表现出明显的逆时针迟滞现象和陡峭的亚阈值摆幅（SS）。此外，该结构具有增强的栅极可控性，亚阈值摆幅低至 13 毫伏/十倍频，并且记忆窗口会随栅极电压扫描范围的增大而增大。研究结果凸显了所提出的铁电高电子迁移率晶体管在基于氮化镓的逻辑电路和节能器件中的应用潜力。
English Abstract
In this letter, we present a ferroelectric GaN HEMT with gate-align patterned AlScN stack, suppressing negative drain-induced barrier lowering effect. The FeHEMTs exhibited apparent counterclockwise hysteresis with a steep SS even at high drain voltage by preventing unintended poling of ferroelectric polarizations induced by high negative gate-drain bias. Furthermore, the structure provides enhanced gate controllability with a steep subthreshold swing (SS) of 13 mV/dec and an increasing memory window depending on gate voltage sweep ranges. The results highlight the potential of employing the proposed FeHEMT for GaN-based logic circuits and energy efficient devices.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于铁电AlScN堆栈的GaN HEMT技术具有显著的战略价值。该技术通过栅极对准图案化设计有效抑制了负漏致势垒降低效应，实现了13 mV/dec的陡峭亚阈值摆幅，这对我们的核心产品具有重要意义。
在光伏逆变器和储能变流器领域，功率器件的开关性能直接影响系统效率和功率密度。该技术展现的陡峭SS特性意味着器件可以在更低的栅压下实现快速开关，这将显著降低驱动损耗和开关损耗。特别是在高压应用场景中，该技术通过防止高负栅漏偏压引起的非预期铁电极化，保持了器件在宽工作电压范围内的稳定性能，这对于我们1500V及以上高压系统至关重要。
铁电HEMT的记忆窗口特性为实现智能功率管理提供了新思路。器件本身可存储状态信息，有助于开发具有自适应控制能力的智能逆变器，减少外围控制电路的复杂度，提升系统可靠性。
然而，该技术仍处于实验室阶段，面临工艺成熟度、成本控制和长期可靠性验证等挑战。AlScN材料的大规模制备工艺、铁电性能的温度稳定性以及与现有GaN功率器件生产线的兼容性都需要深入评估。建议我们保持技术跟踪，在器件级进行小批量验证测试，评估其在实际工况下的性能表现，特别是高温、高湿等严苛环境下的铁电特性退化情况，为未来3-5年的产品技术路线图做好储备。