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电动汽车驱动
★ 4.0
2.4 kV Ga₂O₃肖特基势垒二极管在高达500°C高温下的退化特性
Degradation of 2.4-kV Ga₂O₃ Schottky Barrier Diode at High Temperatures Up to 500°C
| 作者 | Hunter Ellis · Wei Jia · Imteaz Rahaman · Apostoli Hillas · Botong Li · Michael A. Scarpulla |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年9月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | Ga2O3肖特基势垒二极管 击穿电压 温度特性 输运机制 漏电机理 |
语言:
中文摘要
制备了具有场板（FP）且场板下方带有复合SiO₂/SiNₓ介电层的Ga₂O₃肖特基势垒二极管（SBD），在室温（RT）下实现了2.4 kV的击穿电压（BV）。通过在25 °C至500 °C范围内进行电流 - 电压（I - V）和电容 - 电压（C - V）测量，分析了其电学性能和退化情况，揭示了与温度相关的输运特性、界面稳定性和器件稳定性。当温度回到室温时，二极管的正向特性几乎不变，而击穿电压从2.4 kV显著下降至700 V。这种现象表明温度导致势垒高度降低。详细分析显示，在中等温度下，变程跳跃（VRH）主导了泄漏机制，而在超过400 °C的温度下，热发射（TE）变得越来越显著。
English Abstract
Ga2O3 Schottky barrier diodes (SBDs) featuring a field plate (FP) and a composite SiO2/SiNx dielectric layer beneath the FP were fabricated, achieving a breakdown voltage (BV) of 2.4 kV at room temperature (RT). Electrical performance and degradation were analyzed via I–V and C–V measurements from 25 °C to 500 °C, revealing temperature-dependent transport, interface stability, and device stability. Upon returning to RT, the diodes exhibited nearly unchanged forward characteristics, while the BV declined significantly from 2.4 kV to 700 V. This behavior indicates a temperature-induced reduction in the barrier height. The detailed analysis revealed that variable range hopping (VRH) dominated the leakage mechanism at moderate temperatures, while thermal emission (TE) became increasingly significant at temperatures exceeding 400 °C.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项关于2.4kV Ga₂O₃肖特基势垒二极管的高温退化研究具有重要的战略参考价值。作为功率半导体领域的前沿技术，氧化镓器件凭借其超宽禁带特性（约4.8eV）在高压、高温应用场景中展现出超越传统硅基和碳化硅器件的潜力，这与我们光伏逆变器和储能系统对高效率、高功率密度的需求高度契合。
该研究揭示的关键问题值得深入关注：器件在500°C高温循环后，虽然正向特性基本保持，但击穿电压从2.4kV大幅下降至700V，这反映出温度诱发的势垒高度退化问题。对于我们的组串式逆变器和集中式逆变器产品而言，功率器件需要在沙漠、热带等极端环境下长期可靠运行，这种温度敏感性将直接影响系统的25年生命周期保障。研究指出的变程跳跃（VRH）和热发射（TE）泄漏机制转换，为我们理解器件在实际工况下的失效模式提供了理论依据。
从技术成熟度评估，Ga₂O₃器件目前仍处于实验室向工程化过渡阶段。虽然2.4kV的耐压等级已接近实用需求，但高温稳定性问题表明材料界面工程和钝化技术仍需突破。对阳光电源而言，建议采取"跟踪研究+适时介入"策略：一方面与科研机构保持技术交流，关注界面稳定性改善方案；另一方面在现有SiC技术路线基础上，为未来5-10年的Ga₂O₃技术储备预留设计空间。该技术若能解决可靠性问题，将为我们1500V及以上高压系统、高温储能应用带来显著的成本和效率优势。