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基于刻蚀目标层与高选择性刻蚀技术的高产率增强型GaN p-FET
High-Yield Enhancement-Mode GaN p-FET With Etching-Target Layer and High-Selectivity Etching Techniques
| 作者 | Xuanming Zhang · Yuanlei Zhang · Jiachen Duan · Zhiwei Sun · Weisheng Wang · Ye Liang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2024年11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 | 增强模式GaN p沟道晶体管 p - Al0.05Ga0.95N蚀刻目标层 高选择性蚀刻技术 阈值电压 互补电路集成 |
语言:
中文摘要
本文报道了采用p-Al0.05Ga0.95N刻蚀目标层(ETL)的增强型GaN p沟道异质结场效应晶体管(p-FET)。通过优化高选择性刻蚀工艺,实现p-GaN刻蚀速率约1 nm/min,并获得p-GaN与p-Al0.05Ga0.95N之间4:1的选择比。刻蚀工艺窗口扩展至10分钟,显著提高器件制备良率。器件阈值电压为−1.15 V,最大电流密度达6.16 mA/mm,且多器件间阈值电压与导通电流高度一致,展现出优异的重复性与一致性,为互补电路集成提供了重要基础。
English Abstract
This article presents the enhancement-mode (E-mode) GaN p-channel heterojunction field-effect transistors (p-FETs) with p-Al0.05Ga0.95N etching-target layer (ETL). The optimized high-selectivity etching technique achieves an etch rate of approximately 1 nm/min for p-GaN, while also generating a selectivity ratio of 4:1 between p-GaN and p-Al0.05Ga0.95N. High-yield E-mode p-FET with ETL has been obtained as the etching process window was expanded to 10 min. The devices achieved the characteristics of a threshold voltage ( V_ th ) of −1.15 V and a maximum current density ( I_D, ) of 6.16 mA/mm. Furthermore, the characteristics of multiple devices demonstrate the high consistency and reproducibility of p-FETs’ V_ th and I_ ON , thus providing significant opportunities for developing complementary circuit integration.
S
SunView 深度解读
该高产率增强型GaN p-FET技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。p沟道GaN器件可与现有n沟道器件构成互补拓扑,为ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器提供更高集成度的功率模块方案。高选择性刻蚀工艺实现的10分钟工艺窗口和优异一致性,可显著提升GaN器件制造良率,降低成本。阈值电压−1.15V和6.16mA/mm电流密度的p-FET与n-FET组合,可实现互补逻辑和驱动电路,优化PowerTitan系统的栅极驱动设计,提升三电平拓扑的开关性能。该技术为阳光电源开发全GaN互补功率模块、实现更高功率密度的储能变流器和车载OBC提供了器件基础。