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系统并网技术
★ 4.0
具有复合终端结构和衬底减薄的1200-V/10-A低热阻Ga₂O₃肖特基势垒二极管
1200-V/10-A Low Thermal Resistance Ga₂O₃ Schottky Barrier Diode With Composite Terminal Structure and Substrate Thinning
| 作者 | Zhihong Feng · Shida Han · Yuangang Wang · Hongyu Guo · Shaobo Dun · Hongyu Liu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | β-Ga2O3 肖特基势垒二极管 复合终端结构 衬底减薄 性能提升 |
语言:
中文摘要
在本研究中,通过采用台面与双场板复合终端结构,并结合衬底减薄工艺,实现了一款高性能的β - Ga₂O₃垂直肖特基势垒二极管(SBD),该二极管具有高击穿电压、低热阻、低导通电阻、高浪涌电流和高巴利加优值(FOM)等特性。利用研磨和抛光工艺消除了亚表面损伤层,从而实现了低欧姆电阻。得益于减薄至 85 µm 厚的衬底,阳极面积为 2×2 mm²的器件导通电阻从 174 mΩ降至 112 mΩ。因此,在 2 V 偏压下,相应的正向电流从 6.04 A 增加到 10.1 A,浪涌电流从 20 A 增加到 29 A。更重要的是,封装器件的热阻从 6.45 K/W 显著降低至 2.21 K/W,与商用碳化硅 SBD 的热阻相当。此外,在已报道的大阳极面积(≥1.5×1.5 mm²)β - Ga₂O₃ SBD 中,该器件击穿电压超过 1200 V,巴利加优值达到创纪录的 342 MW/cm²。研究结果显示了 Ga₂O₃ SBD 在高压和高功率电子器件领域的广阔应用前景。
English Abstract
In this work, a superior-performance -Ga2O3 vertical Schottky barrier diode (SBD) with high breakdown voltage, low thermal resistance, low on-resistance, high surge current, and high Baliga’s figure of merit (FOM) is achieved by a composite terminal structure of mesa and dual field plate, combined with substrate thinning process. Grinding and polishing are utilized to eliminate the subsurface damage layer, thereby achieving a low ohmic resistance. Benefitting from the thinned substrate with a thickness of 85~ m, the on-resistance of device with 2 2 mm2 anode area decreases from 174 to 112 m . As a result, the corresponding forward current increases from 6.04 to 10.1 A at a bias of 2 V, and the surge current increases from 20 to 29 A. More importantly, the thermal resistance of the packaged device significantly reduces from 6.45 to 2.21 K/W, which is comparable to those of commercial SiC SBDs. Besides, a record Baliga’s FOM of 342 MW/cm2 with a breakdown voltage of over 1200 V is reached among reported -Ga2O3 SBDs with large anode area ( 1.5 1.5 mm2). The results show the broad prospects of Ga2O3 SBD in high-voltage and high-power electronic devices.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项氧化镓(Ga₂O₃)肖特基二极管技术具有重要的战略价值。该器件实现了1200V耐压、10A正向电流和342 MW/cm²的Baliga品质因数,这些参数直接对应我们光伏逆变器和储能变流器中功率开关器件的核心需求。
**技术价值分析:**
首先,该器件通过衬底减薄至85μm和复合端接结构,将导通电阻降低至112 mΩ,热阻从6.45降至2.21 K/W,已接近商用SiC器件水平。这对我们的高功率密度逆变器设计极具吸引力,可显著降低导通损耗和散热系统成本。在储能PCS和大功率组串式逆变器中,更低的热阻意味着更高的功率密度和系统可靠性。
其次,29A的浪涌电流能力为应对电网扰动和启动冲击提供了充足裕量,这在复杂电网环境下的储能系统中尤为关键。1200V耐压等级完美匹配1500V光伏系统的需求,可作为续流二极管或防反二极管使用。
**技术成熟度评估:**
该技术仍处于实验室向产业化过渡阶段。虽然性能指标优异,但大规模量产的良率控制、长期可靠性验证(特别是高温高湿环境)以及成本竞争力仍需观察。相比已成熟的SiC技术,Ga₂O₃的供应链和制造生态尚不完善。
**战略建议:**
建议与该技术团队建立联合开发关系,在实验室环境下进行应用验证测试。重点关注器件在实际工况下的动态特性、EMI表现和温度循环可靠性。同时跟踪Ga₂O₃材料成本曲线,评估3-5年后替代部分SiC器件的可行性,为下一代超高效率产品储备技术路线。