← 返回
垂直超宽禁带Al0.5Ga0.5N P-N存储二极管
Vertical Ultra-Wide Bandgap Al0.5Ga0.5N P-N Memory Diodes
| 作者 | Hang Chen · Shuhui Zhang · Tianpeng Yang · Tingting Mi · Xiaowen Wang · Chao Liu |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | 宽禁带半导体 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 垂直p - n存储二极管 AlGaN异质结构 导电通道 滞后现象 存储器件 |
语言:
中文摘要
我们报道了基于蓝宝石衬底上超宽带隙 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$Al_{{0}.{5}}$ </tex-math></inline-formula> <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$Ga_{{0}.{5}}$ </tex-math></inline-formula>N 异质结构的垂直 p - n 存储二极管。由于在 p - n 结界面处有意插入了重掺杂的 n - <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$Al_{{0}.{5}}$ </tex-math></inline-formula><inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$Ga_{{0}.{5}}$ </tex-math></inline-formula>N 层，在低触发电压 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$\text {-}47$ </tex-math></inline-formula> V 下，AlGaN p - n 二极管中形成了具有可变电阻的导电通道。可以观察到显著的磁滞现象，其特点是具有可重复的写入/擦除编程循环。已观察到在 100 个循环中具有一致且可重复的开关性能，这验证了垂直 AlGaN p - n 存储二极管中导电通道的稳定性。这些结果为开发基于 III 族氮化物超宽带隙半导体的坚固可靠的存储器件提供了有前景的策略和潜在参考。
English Abstract
We report vertical p-n memory diodes based on ultra-wide bandgap Al_0.{5} Ga_0.{5} N heterostructures on sapphire substrates. A conductive path with variable resistance is formed in the AlGaN p-n diodes at a low trigger voltage of -47 V, thanks to the intentionally inserted heavily doped n- Al_0.{5} Ga_0.{5} N layer at the p-n junction interface. A notable hysteresis phenomenon can be observed, characterized by repeatable write/erase program cycles. Consistent and repeatable switching performance across 100 cycles has been observed, verifying the stability of the conductive path in the vertical AlGaN p-n memory diodes. These results provide promising strategies and potential reference for developing robust and reliable memory devices based on III-nitride ultra-wide bandgap semiconductors.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于超宽禁带Al0.5Ga0.5N材料的垂直p-n存储二极管技术具有重要的战略参考价值，尽管其当前定位于存储器件领域，但其底层材料特性与我们在高功率电力电子器件方面的技术需求高度契合。
超宽禁带半导体材料（如AlGaN）相比传统硅基器件具有更高的击穿电压、更低的导通损耗和更优异的高温特性，这正是光伏逆变器和储能变流器等核心产品追求的方向。该研究展示的Al0.5Ga0.5N异质结构在蓝宝石衬底上的成功制备，为我们探索下一代功率半导体器件提供了材料体系的可行性验证。特别值得关注的是，该器件在-47V触发电压下形成可变电阻导电通路，并实现100次稳定的擦写循环，这种可控的导电特性若能应用于功率器件的保护电路或智能开关，将为系统级可靠性提升带来新思路。
然而，从产业化角度评估，该技术仍处于早期研究阶段。主要挑战包括：蓝宝石衬底的成本较高且热导率有限，不利于大功率应用；AlGaN材料的p型掺杂困难，限制了器件性能；垂直结构的制造工艺复杂度较高。对阳光电源而言，短期内可关注该技术在系统保护器件、智能熔断等辅助功能模块的应用潜力；中长期则应跟踪AlGaN基功率器件的发展，评估其在1500V及以上高压系统中替代SiC/GaN的可能性，为技术路线储备提供前瞻性布局。建议与相关科研机构建立合作，探索超宽禁带材料在极端环境（高温、高辐射）储能系统中的应用场景。