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储能系统技术 储能系统 GaN器件 ★ 4.0

考虑镁外扩散对p-GaN/AlGaN/GaN HEMT阈值电压影响的建模

Modeling the Impact of Mg Out-Diffusion on Threshold Voltage of p-GaN/AlGaN/GaN HEMT

作者 Nadim Ahmed · Gourab Dutta
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 p-GaN/AlGaN/GaN HEMTs 阈值电压 镁掺杂扩散 解析模型 参数评估
语言:

中文摘要

本文提出了一种针对p-GaN/AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)阈值电压(V_T)的新型解析模型,考虑了镁(Mg)掺杂剂从顶部p-GaN层向外扩散至AlGaN势垒层和GaN沟道层的影响。该模型引入了真实的Mg外扩散分布,以精确估算此类常关型器件的V_T。通过实验数据与精细校准的TCAD仿真,对模型在多种器件参数及Mg扩散分布下的准确性进行了验证。模型还可评估AlGaN层与非故意掺杂(UID)-GaN层中Mg掺杂各自的贡献,并可用于预测p-GaN层生长时长与温度对阈值电压的影响。

English Abstract

This article presents a novel analytical model for the threshold voltage ( V_T ) of p-GaN/AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors (HEMTs), taking into account the influence of magnesium (Mg)-dopant out-diffusion from the top p-GaN layer into the AlGaN barrier and GaN layer. The proposed model incorporates realistic Mg out-diffusion profiles to accurately estimate V_T of these normally off devices. Rigorous validation of the analytical model is conducted using experimental data and well-calibrated TCAD simulations, covering a wide range of device parameters and Mg out-diffusion profiles. Furthermore, the model enables the assessment of individual contributions of Mg dopants in the AlGaN and unintentionally doped (UID)-GaN layers. It also facilitates the estimation of the effects of growth duration and temperature of the p-GaN layer on the device’s threshold voltage.
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SunView 深度解读

该p-GaN HEMT阈值电压建模技术对阳光电源GaN功率器件应用具有重要价值。通过精确预测Mg外扩散对阈值电压的影响,可优化ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中GaN器件的可靠性设计。该模型能够指导器件筛选标准制定,预测高温工况下阈值漂移风险,对PowerTitan大型储能系统的长期稳定运行至关重要。此外,模型可用于评估不同供应商GaN器件的工艺一致性,为车载OBC等高可靠性应用提供器件选型依据,并支持三电平拓扑中GaN器件的热管理与寿命预测优化。