应用于无线输能的氮化镓肖特基二极管研究

来源 :北方工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ysd007
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随着现代技术的快速发展,无线输能在人们日常生活中逐渐成为不可或缺的一部分,其中整流电路是无线输能系统的重要组成部分,而整流二极管又是整流电路中最核心的元器件,因此制备出高性能的整流二极管对无线输能意义重大。基于AlGaN/GaN异质结制备的肖特基二极管(SBD)可以工作在高温、高频以及大功率等环境中,因此非常适合作为无线输能系统中的整流二极管。虽然,目前AlGaN/GaN异质结肖特基二极管(SBD)技术已经比较成熟,但仍存在一些问题尚未解决,其中高反向漏电流就是其中之一,这会引起整流电路效率下降,进而影响无线输能的传输效率。高台面隔离电流是造成器件高反向漏电流的原因之一,因此研究一种有效降低台面隔离电流的方法是非常有必要的。本文以AlGaN/GaN异质结肖特基二极管(SBD)的制备工艺为基础,主要从台面隔离角度进行降低隔离电流的研究。本文主要的研究内容及结论如下:(1)首先通过对比刻蚀前后样品的漏电流,发现刻蚀表面漏电是造成高台面隔离电流的主要原因。接着对刻蚀前后表面进行分析,发现氮空位(VN)缺陷是引起表面漏电的主要原因。然后,通过对比不同刻蚀条件后样品的隔离电流,发现通过减小ICP功率及RF功率可以有效地降低台面隔离电流并最终得到ICP功率、RF功率分别200W、10W的最佳刻蚀条件。(2)针对优化刻蚀工艺后隔离电流依然很高的问题,研究了多种表面处理方法对台面隔离电流的影响。首先采用氧等离子体、氮等离子、UV光照及UV光照加盐酸处理刻蚀表面,研究其对台面隔离电流的影响。接着对刻蚀表面进行退火处理,发现400℃、120s退火处理后样品的隔离电流与外延材料本身的漏电流处于同一水平,而且在该条件处理后台面隔离区域的击穿电压从705V提高到1775V且在150℃时隔离电流仅为1.0×10-7A/mm。(3)利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱(PL)及能量色散X射线能谱(EDX)对退火前后样品进行表征分析,发现退火处理是通过分解刻蚀表面来消除氮空位缺陷。(4)对不同衬底(Si)材料的台面区域进行退火处理并得到了300℃-450℃,30s-150s的最佳处理条件。最后在AlGaN/GaN异质结肖特基二极管(SBD)制备过程中采用优化后的刻蚀工艺及最佳条件的退火工艺并测得二极管的反向漏电流仅为8.3×10-7A/mm。
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