【摘 要】
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GaN功率器件具有临界电场高、开关速度快、载流子迁移率高等优点,广泛应用于高频桥式电源系统中。在桥式系统中,GaN功率器件需依靠高速、高可靠的栅极驱动芯片来驱动。自举二极管是GaN功率器件驱动芯片中自举电路的核心高压器件,提升自举二极管的性能对GaN功率器件驱动芯片的高频、高可靠性能具有重要意义。本文基于已流片的硅基自举二极管,对其正向导通能力、反向恢复速度以及反向恢复可靠性进行研究。研究发现反向
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GaN功率器件具有临界电场高、开关速度快、载流子迁移率高等优点,广泛应用于高频桥式电源系统中。在桥式系统中,GaN功率器件需依靠高速、高可靠的栅极驱动芯片来驱动。自举二极管是GaN功率器件驱动芯片中自举电路的核心高压器件,提升自举二极管的性能对GaN功率器件驱动芯片的高频、高可靠性能具有重要意义。本文基于已流片的硅基自举二极管,对其正向导通能力、反向恢复速度以及反向恢复可靠性进行研究。研究发现反向恢复阶段在高d I/dt冲击下器件发生热损坏的原因是:阳极区掺杂浓度偏低导致反向恢复期间电势线在阳极边缘处过度聚集,从而造成双侧动态雪崩;反向恢复时间较大的原因是:反向恢复结尾处拖尾电流持续时间过长。在机理研究的基础上对自举二极管提出了三方面改进:（1）在阳极边缘处增设浮空P+动态场限环以减小阳极边缘处的电场峰值,降低发生双侧动态雪崩的风险;（2）在阴极下方的漂移区中增设高掺杂N型埋层以提升器件的导通能力,缩短拖尾电流的持续时间;（3）将阳极的掺杂注入剂量减半并减少该区域内P+岛区的数量以降低阳极发射效率,提升反向恢复速度。仿真结果表明,本文所设计的自举二极管正向导通压降为0.87V,反向击穿电压为157V,反向恢复时间为39ns,在d I/dt=350A/μs条件下自举二极管仍能正常工作,反向恢复可靠性得到显著改善。
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