宽禁带科技论|高K场板的凹槽型阳极结构调控AlGaN/GaN SBD 电流输运及相关机制分析

近期，河北工业大学、广东工业大学和南京大学联合开发了一种具有高k场板凹槽阳极结构的AlGaN/GaN肖特基势垒功率二极管（SBD）物理模型，旨在分析电荷耦合效应对肖特基结区域电场、漏电流和击穿电压的影响；研究人员设计并制备了相关器件，并进行了表征分析。

图1 （a）AlGaN/GaN SBD结构示意图；（b）具有高k场板的凹槽阳极区域TEM图；（c）不同场板结构对SBD击穿电压的影响。

图1（a）展示了具有高k场板凹槽阳极结构的AlGaN/GaN SBD结构示意图，图1（b）为高k场板凹槽阳极结构的TEM图。利用高k场板与凹槽阳极之间形成的电荷耦合效应降低肖特基结区域的电场强度，以抑制与缺陷相关的电流传输过程，从而减小器件的漏电流并提高击穿电压。图1（c）从实验表征和物理仿真层面总结了不同场板长度及场板厚度对器件击穿电压的影响；实验数据和仿真数据实现了高度的一致性。

图2 （a）不同尺寸AlGaN/GaN SBD的电流与反向偏置电压的关系；（b）不同温度下漏电流与反向偏置电压的关系；（c）Ln（J）与Ln（T²）的物理关系；（d）不同载流子输运模型对电流-反偏电压的影响。

图2（a）和（b）表明AlGaN/GaN SBD的漏电流几乎不受反向偏置电压的影响。图2（c）进一步证明了在肖特基电极区域，热电子发射（TE）是主要的漏电机制。图2（d）的仿真拟合过程进一步证明了上述观点。

通过优化器件结构，最终设计并制备了开关比为10¹⁰、击穿电压为2500 V、比导通电阻为3.2 mΩ·cm²、BFOM为1.95GW/cm²的AlGaN/GaN SBD。