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通过减小去极化场效应提高铁电GaN HEMT的可靠性
Enhanced Reliability of Ferroelectric GaN HEMTs With Reduced Depolarization-Field Effect
| 作者 | Hyeong Jun Joo · Gyuhyung Lee · Yoojin Lim · Brendan Hanrahan · Geonwook Yoo |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年8月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 GaN器件 可靠性分析 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 铁电GaN HEMT 退极化场效应 栅极结构 铁电开关特性 新兴存储与神经形态器件 |
语言:
中文摘要
在本研究中，我们探究了AlGaN势垒层的退极化场效应对采用AlScN/HfO₂栅堆叠结构的铁电GaN高电子迁移率晶体管（FeHEMT）的影响。我们制备并表征了凹槽栅和非凹槽栅两种结构，不仅用于比较记忆窗口和阈值电压可调性，还用于分析退极化场效应对循环特性和耐久性的影响。快速斜坡脉冲电流 - 电压测量通过排除AlScN层的铁电极化切换，揭示了这两种结构之间的差异。由于减少了AlGaN层，实现并保持了优异的铁电切换特性。凹槽栅FeHEMT在基于GaN的新兴存储器和神经形态器件方面具有良好的应用前景。
English Abstract
In this study, we investigate depolarization- field effect of an AlGaN barrier layer on ferroelectric GaN HEMTs with an AlScN/HfO2 gate stack (FeHEMT). Both recessed and non-recessed gate structures are fabricated and characterized not only to compare memory window and threshold voltage tunability but also analyze the depolarization-field effect on cycling and endurance properties. Fast ramped pulse I-V measurements reveal the difference between the two structures by excluding the ferroelectric polarization switching of the AlScN layer. Superior ferroelectric switching properties are achieved and maintained due to the reduced AlGaN layer. The recessed-gate FeHEMT is promising for GaN-based emerging memory and neuromorphic devices.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项铁电GaN HEMT技术虽然聚焦于存储器和神经形态器件，但其底层的GaN功率器件创新对我们的核心业务具有潜在战略价值。
**技术关联性分析**：阳光电源的光伏逆变器和储能变流器高度依赖高性能功率半导体。该研究通过优化AlScN/HfO2栅极堆栈和采用凹栅结构，显著降低了去极化场效应，提升了器件的循环耐久性和可靠性。这种可靠性增强机制对我们在高频、高温工况下运行的SiC/GaN功率模块同样具有借鉴意义。特别是在储能系统频繁充放电场景中，功率器件的循环寿命直接影响系统MTBF指标。
**业务价值评估**：虽然铁电存储功能本身不是我们的直接需求，但该技术展示的GaN材料工艺优化路径值得关注。凹栅结构对阈值电压的精确调控能力，可能为我们开发具有更优开关特性的定制化GaN器件提供思路，这对提升逆变器效率（当前旗舰产品已达99%）和功率密度至关重要。
**技术成熟度判断**：该技术尚处于学术研究阶段，距离商业化功率器件应用存在较大距离。铁电材料的工艺复杂度、成本以及与现有GaN功率器件产线的兼容性都是挑战。
**战略建议**：建议保持技术跟踪，重点关注其可靠性增强机制在常规GaN功率器件中的适用性。可考虑通过产学研合作方式，探索将去极化场抑制技术应用于我们第三代半导体功率模块的可行性，以进一步巩固在高端逆变器市场的技术领先地位。