【摘 要】
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氮化镓（GaN）材料因禁带宽度大、临界击穿电场高等特点,是第三代半导体材料的代表,被广泛应用于消费电子、射频通信等领域,满足日益增长的高频、高功率密度和高效率的需求。GaN增强型高电子迁移率晶体管（E-HEMT）含Al GaN/GaN异质结形成的二维电子气（2DEG）,电子饱和速度快,是电能变换的理想器件,应用前景广阔,和碳化硅（Si C）器件形成互补关系。在电力电子变换领域,当遇到谐振过冲等问题
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（资助号:2017YFB0404100）； 国家自然科学基金面上项目（资助号:52077200）； 浙江省杰出青年科学基金（资助号:LR21E070001）；
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氮化镓（GaN）材料因禁带宽度大、临界击穿电场高等特点,是第三代半导体材料的代表,被广泛应用于消费电子、射频通信等领域,满足日益增长的高频、高功率密度和高效率的需求。GaN增强型高电子迁移率晶体管（E-HEMT）含Al GaN/GaN异质结形成的二维电子气（2DEG）,电子饱和速度快,是电能变换的理想器件,应用前景广阔,和碳化硅（Si C）器件形成互补关系。在电力电子变换领域,当遇到谐振过冲等问题时,器件会经受较大的电流电压应力,造成退化乃至损坏。当前,平面型硅基氮化镓（GaN-on-Si）HEMT器件在GaN技术产业化中占据主导地位,但由于异质外延材料缺陷及平面型器件结构等问题,使得GaN E-HEMT商业器件的可靠性问题备受关注。与此同时,不同于垂直型Si或SiC功率MOSFET,GaN E-HEMT器件内部不存在体PN结,在高压应力下会呈现独特的机制。在这项工作中,我们在非钳位电感开关（UIS）测试的基础上,结合TCAD仿真和器件表征,对两款典型商用600/650V GaN E-HEMT器件的UIS特性进行了评估,系统比较了不同技术方案的优劣,并揭示不同栅极p-GaN接触技术对于击穿和退化特性的影响规律。肖特基p-GaN接触由于较高的势垒存在,使得UIS应力下产生的电子空穴对更不易流出栅极造成损坏,提升了UIS耐压以及通流能力;但电荷在界面处的积累也会导致阈值电压的漂移。进一步,本文对器件的UIS特性进行行为级建模,并探讨了可能改善GaN HEMT器件UIS特性的优化方案。
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