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平面型与沟槽型SiC MOSFET偏置温度不稳定性恢复特性的综合研究
Comprehensive Investigations on Recovery Characteristics of Bias Temperature Instability in Planar and Trench SiC MOSFETs
Kaiwei Li · Pengju Sun · Xinghao Zhou · Lan Chen 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年10月
栅氧退化引起的偏置温度不稳定性（BTI）是碳化硅（SiC）金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）最关键的可靠性问题之一。现有BTI恢复研究尚不够全面。本文系统研究了平面型与沟槽型SiC MOSFET中直流与交流BTI的恢复特性。结果表明，无论器件栅结构如何，短路应力均可实现BTI的有效恢复，且短路能量越大，恢复能力越强。但过强的短路应力更易在平面栅器件中引发额外阈值电压漂移。进一步比较短路应力与负栅压加高温两种恢复方式后的阈值电压再漂移，发现短路应力具有更优的恢复效果。该结果对抑制阈值...
解读: 该研究揭示的SiC MOSFET偏置温度不稳定性恢复机制对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究发现短路应力可有效恢复BTI引起的阈值电压漂移，且恢复效果优于负栅压加高温方式，这为ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中SiC器件的可靠性设计提供了新思路。针对平面栅器件在强短路应力下易产生额外漂移的...
低温预应力下p-GaN HEMT中陷阱解冻引起的阈值电压不稳定性
Trap Thawing-Induced Threshold Voltage Instability in p-GaN HEMTs at Cryogenic Temperatures During Pre-Stress
Chuan Song · Wen Yang · Weijian Wang · Jianlang Liao 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年6月
本文研究了低温下 p - 氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）中的预应力，揭示了陷阱解冻效应：被冻结的空穴陷阱从高能电子处获取能量，导致其解冻并引起阈值电压（VTH）正向漂移。预应力激活了额外的空穴陷阱，这导致了由普尔 - 弗兰克尔（PF）发射引起的栅极泄漏电流（IGSS）。通过对栅极泄漏电流、电容深能级瞬态谱（C - DLTS）进行分析以及开展 TCAD 仿真，以确定其潜在机制。我们的研究结果完善了低温下陷阱的整体行为，为 p - GaN HEMT 在超导系统和空间电子学等广泛低温应...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于p-GaN HEMTs在极低温环境下阈值电压不稳定性的研究具有重要的前瞻性意义。GaN基功率器件凭借其高频、高效、高功率密度的特性，已成为我司新一代光伏逆变器和储能变流器的核心技术方向。该研究揭示的"陷阱解冻效应"及其导致的阈值电压漂移机制，为我们在极端工况下的产品...
由于栅极空穴注入与复合，p-GaN/AlGaN/GaN HEMT的栅极可靠性增强
Enhanced Gate Reliability of p-GaN/AlGaN/GaN HEMTs Due to Gate Hole Injection and Recombination
Manuel Fregolent · Carlo De Santi · Mirco Boito · Michele Disarò 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年7月
本文深入揭示了在正向栅极应力下，具有p-GaN栅的常关型GaN HEMT器件退化机制，提出并验证了栅极空穴注入与界面复合对器件可靠性的关键作用。研究表明，空穴注入可有效中和栅介质层中的正电荷，抑制阈值电压漂移，同时降低栅极漏电流。通过优化p-GaN层掺杂与界面质量，显著提升了器件在长期应力下的稳定性。该机制为提升GaN基功率器件的栅极可靠性提供了新的理论依据和技术路径。
解读: 该p-GaN栅极可靠性增强机制对阳光电源GaN功率器件应用具有重要价值。在ST系列储能变流器和SG光伏逆变器中，GaN HEMT可实现更高开关频率和功率密度，但栅极可靠性是制约其大规模应用的关键。研究揭示的空穴注入抑制阈值漂移机制，为优化PowerTitan储能系统中GaN器件的长期稳定性提供理论依...
碳化硅MOSFET在漏极应力下的动态阈值电压漂移
Dynamic Threshold Voltage Drift of Silicon Carbide MOSFET With Drain Stress
Huapping Jiang · Yao Li · Xinxin Li · Mengya Qiu 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年7月
碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）因其卓越的性能而广受青睐。然而，可靠性问题阻碍了其快速发展，其中阈值电压漂移是关键问题之一。尽管静态和动态栅极应力下的阈值电压漂移已得到广泛研究，但漏极应力引起的阈值电压漂移却很少受到关注。在本研究中，开发了一个专门用于碳化硅 MOSFET 的测试平台，该平台能够独立且解耦地施加栅极和漏极应力。此外，漏极应力可进一步分解为电压和电流分量，以便进行更详细的分析。另外，采用技术计算机辅助设计（TCAD）仿真来研究不同应力模式引起...
解读: 作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商，阳光电源在产品设计中大量采用碳化硅（SiC）MOSFET以提升系统效率和功率密度。该论文揭示的漏极应力导致的阈值电压漂移现象，对我司产品的长期可靠性具有重要指导意义。 在光伏逆变器和储能变流器应用中，SiC MOSFET不仅承受高频栅极开关应力，更面临复杂...
650-V肖特基p型GaN HEMT在反向导通应力下的可靠性评估
Reliability Assessment of 650-V Schottky p-GaN HEMTs Under Reverse Conduction Stress
M. Millesimo · C. Fiegna · S. A. Smerzi · F. Iucolano 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月
基于氮化镓（GaN）的高电子迁移率晶体管（HEMT）能够在反向导通模式下高效运行，无需本征反并联二极管，从而降低了功率损耗并实现了更高的开关频率。本研究针对具有不同栅极几何形状的器件，探究了肖特基p - GaN栅极HEMT（SP - HEMT）在反向导通模式下的退化机制。研究评估了阈值电压漂移（$\Delta {V}_{\text {TH}}$）、导通电阻漂移（$\Delta {R}_{\text {ON}}$）以及器件在一系列温度（$10~^{\circ }$C 至 $175~^{\circ ...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于650V肖特基p-GaN HEMT器件反向导通可靠性的研究具有重要的战略意义。GaN功率器件凭借其无需反并联二极管即可高效反向导通的特性，能够显著降低功率损耗并提升开关频率，这与我们在光伏逆变器和储能变流器领域追求的高效率、高功率密度目标高度契合。 该研究揭示的两...
栅极开关不稳定性下1700 V平面栅SiC MOSFET的退化依赖性分析与建模
Degradation Dependency Analysis and Modeling of 1700 V Planar-Gate SiC MOSFETs Under Gate Switching Instability
Cen Chen · Zicheng Wang · Xuerong Ye · Yifan Hu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年11月
碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）在各种电力电子应用中日益普及。然而，与栅极氧化物相关的重大可靠性问题阻碍了它们的广泛应用。交变栅极偏置下的阈值电压漂移，通常称为栅极开关不稳定性（GSI），对可靠性构成了重大挑战。鉴于碳化硅 MOSFET 在功率转换器中广泛使用，与传统的偏置温度不稳定性相比，研究 GSI 具有实际意义。本研究系统地探究了 1700 V 平面栅碳化硅 MOSFET 对栅极偏置、温度和开关时间等因素的依赖性，并基于物理解释给出了加速因子的形式。...
解读: 从阳光电源的业务场景来看，这项关于1700V平面栅SiC MOSFET栅极开关不稳定性（GSI）的研究具有重要的工程应用价值。在我们的大功率光伏逆变器和储能变流器产品中，1700V级SiC MOSFET正逐步替代传统IGBT成为核心功率器件，其高频开关特性和低损耗优势能够显著提升系统效率和功率密度。...
利用二维电子气和空穴气实现AlGaN/GaN/AlGaN双异质结MISHFET的阈值电压调控
Threshold Voltage Control in AlGaN/GaN/AlGaN Double-Heterostructure MISHFET Utilizing 2-D Electron and Hole Gases
Arno Kirchbrücher · Gerrit Lükens · Carsten Beckmann · Jasmin Ehrler 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
传统的 AlGaN/GaN 金属 - 绝缘体 - 半导体异质结场效应晶体管（MISHFET）会受到电介质/AlGaN 界面处俘获电荷的影响，从而导致阈值电压不稳定和准永久性偏移。在这项工作中，我们研究了采用 Al₂O₃ 栅极电介质的 AlGaN/GaN/AlGaN 双异质结（DH）MISHFET 中这些界面态的充电过程，尤其是放电过程。经过合理设计，这些无掺杂器件包含极化诱导的二维电子气（2DEG）以及二维空穴气（2DHG）。已知在施加较大的栅极偏压后，Al₂O₃/AlGaN 界面会持续地从 2...
解读: 从阳光电源功率半导体应用角度来看，这项AlGaN/GaN双异质结MISHFET技术具有重要的战略价值。氮化镓（GaN）功率器件是我司光伏逆变器和储能变流器实现高功率密度、高效率转换的核心技术路径，而阈值电压稳定性一直是制约GaN器件可靠性的关键瓶颈。 该研究通过创新性地构建二维电子气（2DEG）和...
基于共聚物的横向漂移区有机薄膜晶体管在空气环境及栅极偏压应力下的阈值电压稳定性
Threshold Voltage Stability of Copolymer-Based Lateral Drift Region Organic Field-Effect Transistors Under Ambient Air Conditions and Gate-Bias Stress
Haonan Lin · Jun Zhang · Xuanyu Gu · Hengdian Chang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月
本文研究了偏置稳定性对共聚物横向漂移区有机场效应晶体管（LDR - OFET）阈值电压漂移的影响。所制备的LDR - OFET分别以基于二酮吡咯并吡咯的聚合物（DPPT - TT）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜作为半导体层和栅极介电层。在环境空气条件下，LDR - OFET连续暴露4320小时仍能保持正常功能，无明显性能退化，显示出强大的稳定性。然而，与大气应力作用下的LDR - OFET相比，偏置应力作用下的LDR - OFET退化更为明显。值得注意的是，负偏置和正偏置对阈值电压漂移的影响...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于有机场效应晶体管（OFET）阈值电压稳定性的研究具有一定的前瞻性参考价值，但距离实际应用仍存在较大距离。 该研究聚焦于共聚物基横向漂移区OFET在环境和偏置应力下的稳定性表现。其核心价值在于验证了有机半导体器件在长时间环境暴露（4320小时）下的稳定性，以及揭示了...
电荷俘获效应对GIT型GaN基HEMT器件的影响
The Influence of Charge Trapping Effects on GIT GaN-Based HEMTs
Yibo Ning · Huiying Li · Xsinyuan Zheng · Chengbing Pan 等5人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年9月
在本研究中，我们利用电容模式深能级瞬态谱（C - DLTS）研究了栅注入晶体管（GIT）氮化镓（GaN）基高电子迁移率晶体管（HEMT）在栅极过驱动应力下的退化行为以及深能级陷阱的演变。随着老化时间的增加，观察到阈值电压（<inline - formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex - math notation="LaTeX">$...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN基HEMT器件电荷陷阱效应的研究具有重要的战略意义。GaN功率器件因其高频、高效、高功率密度特性，正成为光伏逆变器和储能变流器的核心技术方向，直接关系到我们产品的转换效率和系统可靠性提升。 该研究揭示了GIT型GaN器件在栅极过驱动应力下的退化机理，特别是阈...
不同状态下肖特基栅p-GaN HEMT的ESD鲁棒性
The ESD Robustness of Schottky-Gate p-GaN HEMT Under Different States
Yijun Shi · Dongsheng Zhao · Zhipeng Shen · Lijuan Wu 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月
本工作系统研究了肖特基栅 p - GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）在不同栅极和漏极偏置条件下的静电放电（ESD）鲁棒性。在高 $V_{\text {DS}}$（$\ge 40$ V）条件下，栅极端的 ESD 鲁棒性严重受损，此时协同的高电压/电流会引发热失控，造成不可逆损坏。在 $V_{\text {DS}} = 5$ - 30 V 时，以陷阱为主导的 $V_{\text {TH}}$ 漂移（最高达 0.68 V）与 $1200\times N_{\text {it0}}$ 的增加相关，且...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于肖特基栅p-GaN HEMT静电放电（ESD）鲁棒性的研究具有重要的工程应用价值。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度特性，正逐步成为光伏逆变器和储能变流器等核心产品的关键技术方向，而ESD可靠性是制约其大规模应用的关键瓶颈。 该研究系统揭示了p-GaN H...
采用SiNx/AlN介质叠层的全凹槽型常关GaN MIS-HEMT器件稳定性提升
Improved Stability of Fully Recessed Normally-Off GaN MIS-HEMTs With SiNx/AlN Dielectric Stack
Yu Li · Guohao Yu · Ang Li · Haochen Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年7月
本研究对采用低压化学气相沉积（LPCVD）-氮化硅（SiNx）/原子层沉积（ALD）-氮化铝（AlN）或等离子体增强原子层沉积（PEALD）-二氧化硅（SiO₂）/ALD - AlN 介质叠层的氮化镓（GaN）金属 - 绝缘体 - 半导体高电子迁移率晶体管（MIS - HEMT）进行了对比研究。与 SiO₂/AlN MIS - HEMT 的阈值电压漂移（$\Delta {V}_{\text {TH}}$）为 2.0 V 相比，SiNx/AlN MIS - HEMT 在 150 °C 下表现出最小...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于常关型GaN MIS-HEMT器件的研究具有重要的战略价值。该研究通过采用LPCVD-SiNx/ALD-AlN介质堆栈方案，显著提升了器件的阈值电压稳定性，这直接关系到我们光伏逆变器和储能变流器的核心竞争力。 在技术价值层面，该器件在150°C高温下仅产生-0.2...
60Co伽马射线总电离剂量辐照下SiC MOSFET的退化机理分析与建模
Degradation Mechanism Analysis and Modeling of SiC MOSFETs Under 60Co Gamma Ray Total Ionizing Dose Irradiation
Runding Luo · Yuhan Duan · Tao Luo · Yifei Chang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年5月
研究了碳化硅（SiC）垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管（VDMOSFET）和沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）在 $^{60}$Co $\gamma$ 射线辐照环境下的退化机制。探究了不同总电离剂量（TID）辐照后，处于不同工作状态的 SiC MOSFET 电学特性的退化情况。通过辐照后的退火实验研究了辐照过程中产生的缺陷。揭示了 TID 导致 SiC MOSFET 退化的原因，并提出了阈值电压（$V_{\text {th}}$）漂移的预测模型，且通过 TCAD 仿真进行了验...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于SiC MOSFET在总电离剂量辐射环境下的退化机理研究具有重要的战略参考价值。SiC功率器件已成为我司光伏逆变器、储能变流器等核心产品的关键元件，其可靠性直接影响系统的长期性能表现。 该研究揭示了γ射线辐射导致SiC MOSFET阈值电压漂移、导通电阻增大等退化...
基于衬底电容耦合模型的浮空衬底p-GaN HEMT动态性能分析
Dynamic Performance Analysis of p-GaN HEMTs With Floating Substrates by Substrate Capacitance Coupling Model
Wenyao Feng · Lingyan Shen · Xuetong Zhou · Yufei Tian 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年3月
对具有浮动衬底的 p - 氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）组件的动态特性进行了全面而深入的评估，并与传统应用中具有源极连接衬底的器件进行了对比。深入分析表明，两种器件具有相似的退化模式，但在瞬态应力下动态性能的恶化程度不同。实验结果显示，在 200 V 的 <inline - formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex ...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于浮置衬底p-GaN HEMT器件动态特性的研究具有重要的技术参考价值。GaN功率器件是新一代光伏逆变器和储能变流器的核心开关元件，直接影响系统的功率密度、转换效率和可靠性。 该研究揭示了浮置衬底与源极连接衬底两种封装方案在动态性能上的显著差异。实验数据表明，在20...
总电离剂量对LDMOS晶体管性能及热载流子退化的影响
Total Ionizing Dose Effects on the Performance and Hot Carrier Degradation of LDMOS Transistors
Bikram Kishore Mahajan · Yen-Pu Chen · M. Asaduz Zaman Mamun · Muhammad Ashraful Alam · IEEE Transactions on Electron Devices · 2024年12月
横向双扩散金属氧化物半导体（LDMOS）晶体管作为射频和功率放大器，在包括卫星通信和高能物理实验等多种系统中有着广泛的应用。虽然这些系统中使用的LDMOS晶体管存在诸如热载流子退化（HCD）等固有的可靠性问题，但它们同时还会受到高辐射影响。因此，有必要了解辐射过程中产生的界面陷阱与这些晶体管在HCD应力下产生的界面陷阱之间的相互作用。在本文中，我们：1）让LDMOS晶体管承受不同总电离剂量（TID）的伽马辐射和HCD应力；2）使用超级单脉冲电荷泵（CP）技术来量化界面陷阱（<inline-for...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，本论文关于LDMOS晶体管在辐射环境下的可靠性研究具有重要的参考价值。LDMOS器件作为功率半导体的关键组成部分，广泛应用于我司光伏逆变器、储能变流器等核心产品的功率转换电路中，其可靠性直接影响系统的长期稳定运行。 论文揭示的总电离剂量效应（TID）与热载流子退化（HCD...
单极正负偏压应力下Ga₂O₃-on-SiC MOSFET阈值电压独特的单调正向漂移
Unique Monotonic Positive Shifts in Threshold Voltages of Ga₂O₃-on-SiC MOSFETs Under Both Unipolar Positive and Negative Bias Stresses
Chenyu Liu · Bochang Li · Yibo Wang · Wenhui Xu 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
本研究系统地研究了异质碳化硅基氧化镓（GaOSiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）在单极正/负偏置应力（UPBS/UNBS）下的不稳定性。通过调整应力电压波形的关键参数，包括频率（f）、保持时间（$t_{\text {h}}$）、上升时间（$t_{\text {r}}$）和下降时间（$t_{\text {f}}$），在 UPBS 测量中观察到阈值电压（$V_{\text {T}}$）随循环次数（$C_{n}$）呈现两阶段偏移。UPBS 引起的正 $V_{\text {T...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于Ga₂O₃-on-SiC MOSFET器件可靠性的研究具有重要的前瞻性价值。该研究系统揭示了异质结构功率器件在单极性偏置应力下的阈值电压漂移机制，这对我们开发下一代高效光伏逆变器和储能变流器至关重要。 Ga₂O₃/SiC异质结构结合了氧化镓的超宽禁带特性（约4.8...
具有抑制负向阈值电压漂移和增强抗误开启能力的分裂p-GaN栅HEMT
Split-p-GaN Gate HEMT With Suppressed Negative Vth Shift and Enhanced Robustness Against False Turn-On
Yunhong Lao · Jin Wei · Maojun Wang · Jingjing Yu 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年1月
在肖特基型 p - GaN 栅高电子迁移率晶体管（HEMT）的发展过程中，阈值电压（$V_{\text {th}}$）不稳定一直是一个突出问题。在高漏源电压（$V_{\text {DS}}$）偏置下，浮空 p - GaN 的电位会因栅/漏耦合势垒降低（GDCBL）效应而升高，从而导致明显的负阈值电压（$V_{\text {th}}$）漂移。在快速开关操作期间，负阈值电压（$V_{\text {th}}$）漂移会严重加剧误开启问题。在这项工作中，提出了一种分裂 p - GaN 栅高电子迁移率晶体管...
解读: 从阳光电源光伏逆变器和储能系统的业务视角来看，该论文提出的分离式p-GaN栅极HEMT技术具有重要的应用价值。GaN功率器件是我们高频、高效率逆变器产品的核心部件，但传统Schottky型p-GaN栅极器件在高压偏置下存在的阈值电压负漂移问题，一直是制约其在高功率密度应用中可靠性的关键瓶颈。 该技...
肖特基型p-GaN栅HEMT中漏极依赖双向动态阈值电压漂移的全范围研究
Full-Range Investigation of Drain-Dependent Bidirectional Dynamic Threshold Voltage Shift in Schottky-Type p-GaN Gate HEMT
Muqin Nuo · Ming Zhong · Zetao Fan · Yunhong Lao 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
本研究采用基于梯形波的提取方法，对肖特基型 p - GaN 栅高电子迁移率晶体管（HEMT）中与漏极相关的动态阈值电压（$V_{\text {th}}$）进行了研究，揭示了漏极应力（$V_{\text {DS - off}}$）、栅极应力（$V_{\text {GS - on}}$）以及测量$V_{\text {th}}$时的漏极偏压（$V_{\text {DS - M}}$）的综合影响。在研究的第一部分，通过使用$V_{\text {GS - off}}$/$V_{\text {GS - on...
解读: 从阳光电源光伏逆变器和储能系统的核心器件应用角度，这项关于肖特基型p-GaN栅HEMT动态阈值电压特性的研究具有重要参考价值。GaN HEMT作为新一代宽禁带功率半导体，其高频、高效、高功率密度特性正是我们逆变器和储能变流器实现小型化、高效化的关键使能技术。 该研究揭示的双向动态阈值漂移现象直接关...