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低漏电流β-Ga₂O₃自对准沟槽结势垒肖特基二极管
Low Leakage Current β-Ga₂O₃ Self-Aligned Trench Junction Barrier Schottky Diodes
| 作者 | Shengliang Cheng · Yuru Lai · Xing Lu · Tiecheng Luo · Haowen Luo · Huichao Hu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | β-Ga2O3 TJBS二极管 高击穿电压 反向漏电流 p型氧化镍 |
语言:
中文摘要
我们展示了具有高击穿电压(BV)和抑制反向泄漏电流的β - Ga₂O₃自对准沟槽结势垒肖特基(TJBS)二极管的制备。在该制备过程中,以肖特基阳极金属为蚀刻掩模形成了微米级深度的沟槽,随后用一层 p 型氧化镍(NiO)覆盖这些沟槽。在小面积器件(0.43×0.43 mm²)中实现了超过 2 kV 的高击穿电压,同时在击穿前保持了约 10⁻⁵ A/cm²的超低反向泄漏电流密度。技术计算机辅助设计(TCAD)模拟分析表明,覆盖有 p - NiO 的深沟槽可以有效降低所提出器件的表面电场,并提供足够的 p 型屏蔽效应。此外,封装后的大面积β - Ga₂O₃ TJBS 二极管(3×3 mm²)显示出 15 A 的正向电流(IF)和 820 V 的击穿电压。研究结果表明,自对准 TJBS 结构为降低反向泄漏电流和提高大面积器件的高电流处理能力提供了关键见解。
English Abstract
We demonstrate the fabrication of -Ga2O3 self-aligned trench junction barrier Schottky (TJBS) diodes with a high breakdown voltage (BV) and suppressed reverse leakage current, in which the micrometer-deep trenches were formed using the Schottky anode metal as an etching mask and subsequently covered by a layer of p-type nickel oxide (NiO). High BVs of over 2 kV were achieved in small area devices ( 0.43 0.43 mm2) while maintaining an ultralow reverse leakage current density of around 10^-5 A/cm2 until breakdown. A TCAD simulation analysis revealed that the deep trenches covered with p-NiO can effectively reduce the surface electric field of the proposed device and provide sufficient p-shielding effects. Additionally, the packaged large-area -Ga2O3 TJBS diodes ( 3 3 mm2) show a forward current I _F and BV of 15 A/820 V. The results demonstrate that the self-aligned TJBS structure offers critical insights into reducing reverse leakage current and improving high current-handling capabilities in large-area devices.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务角度来看,这项β-Ga₂O₃自对准沟槽结势垒肖特基(TJBS)二极管技术具有重要的战略价值。该技术实现了超过2kV的击穿电压和10⁻⁵ A/cm²的超低漏电流密度,这些性能指标直接契合我们在大功率光伏逆变器和储能变流器领域对高耐压、低损耗功率器件的核心需求。
在应用价值方面,该技术对我们的1500V及以上高压光伏系统和大型储能PCS产品具有显著意义。当前我们的逆变器和储能系统大量使用SiC二极管,而Ga₂O₃材料具有更高的临界击穿场强(约8 MV/cm),理论上可实现更低的导通电阻和更优的性能权衡。论文展示的3×3 mm²大面积器件达到15A/820V的性能参数,证明了该技术向实用化迈进的可能性,这对我们开发下一代高效率、高功率密度的电力电子系统极具吸引力。
然而,技术成熟度方面仍存在挑战。首先,Ga₂O₃器件的商业化供应链尚未建立,成本和可靠性数据缺乏;其次,p型NiO异质结的长期稳定性、温度特性以及大规模制造的工艺一致性需要验证;再者,器件的开关特性、反向恢复时间等动态参数在论文中未充分展示,这对逆变器应用至关重要。
建议我们保持对Ga₂O₃功率器件技术的持续跟踪,适时开展应用层面的预研合作,为5-10年后可能的技术代际更新做好储备,同时在现阶段继续深化SiC技术应用以保持市场竞争力。