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具有原位GaN钝化层的p-GaN栅HEMT器件同步提升Baliga品质因数与动态导通电阻鲁棒性
In-situ GaN Passivation p-GaN Gate HEMT with Synchronously Improved Baliga’s Figure-of-merit and Superior Dynamic RON Robustness
| 作者 | Cheng Yu · Wanjun Chen · Guojian Ding · Fangzhou Wang · Zhuocheng Wang · Xiaoming Wang |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年9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 | p-GaN栅HEMT 原位GaN钝化 Baliga品质因数 动态导通电阻 击穿电压 |
语言:
中文摘要
本文通过实验提出了一种采用原位氮化镓（GaN）钝化技术的新型 p 型 GaN 栅高电子迁移率晶体管（ISGP - HEMT），该晶体管可同步提高巴利加品质因数（B - FOM），并具有出色的动态导通电阻（$R_{ON}$）鲁棒性。ISGP - HEMT 的特点是在沟道区采用高电阻率的原位 GaN 钝化层，以线性化表面电位，这不仅能在关断状态下实现更均匀的电场分布，还能在导通状态下提高二维电子气（2DEG）密度。因此，该晶体管可同时实现击穿电压（$BV$）的提高和导通电阻（$R_{ON}$）的降低，与传统器件相比，B - FOM 提高了 494%。此外，原位钝化模式有效抑制了界面处的热电子轰击，显著增强了 ISGP - HEMT 动态导通电阻（$R_{ON}$）的鲁棒性。这些结果表明，所提出的器件是低损耗 GaN 功率应用的极具潜力的候选方案。
English Abstract
A novel p-GaN gate high electron mobility transistor (HEMT) with the in-situ GaN passivation (ISGP-HEMT) is experimentally proposed for the synchronously improved Baliga’s Figure-of-Merit (B-FOM) and a superior dynamic on-resistance (R _ {ON} ) robustness. The ISGP-HEMT features a high-resistivity in-situ GaN _ passivation along the access region to linearize the surface potential, which not only realize a more uniform electric field at off-state but also enhance the two-dimensional-electron-gas (2DEG) density at on-state. Thereby the increased breakdown voltage (BV) and the reduced R _ {ON} is obtained synchronously, leading to an 494% improved B-FOM compared to conventional device. Moreover, the in-situ passivation mode effectively suppresses hot-electron bombardment at the interface, substantially enhancing the robustness of dynamic R _ {ON} in ISGP-HEMT. These findings demonstrate that the proposed device is a highly promising candidate for low-loss GaN power applications.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项原位GaN钝化p-GaN栅极HEMT技术具有重要的战略价值。该技术通过在沟道接入区引入高阻原位GaN钝化层，实现了表面电势线性化，在关断态优化电场分布的同时增强了导通态的二维电子气密度，这种双重优化机制使得器件的击穿电压和导通电阻同步改善，Baliga品质因数提升494%，为功率器件性能突破提供了新思路。
对于我们的光伏逆变器和储能变流器产品，该技术的核心价值体现在三个层面：首先，显著降低的导通电阻和提升的耐压能力直接转化为系统效率提升和功率密度增加，这对于追求高效率、小型化的新一代逆变器至关重要；其次，原位钝化有效抑制了热电子轰击效应，大幅增强了动态导通电阻的鲁棒性，这将显著改善器件在高频开关工况下的可靠性，延长产品使用寿命；第三，性能的协同优化意味着可以在相同芯片面积下实现更高功率等级，或在相同功率下减小芯片尺寸，降低系统成本。
从技术成熟度评估，该技术已完成器件级实验验证，但距离产业化应用仍需解决原位钝化工艺的批量稳定性、与现有MOCVD产线的兼容性以及长期可靠性验证等挑战。建议我们密切跟踪该技术的产业化进程，适时开展联合开发或应用评估，将其纳入下一代GaN功率器件技术路线图，为公司在800V及以上高压应用场景保持技术领先地位提供支撑。