Dispositivi di potenza verticali al nitruro di gallio: Fabbricazione e caratterizzazione

Titolo originale:

Vertical Gallium Nitride PowerDevices: Fabrication and Characterisation

Contenuto del libro:

Una conversione di potenza efficiente è essenziale per far fronte al continuo aumento del consumo energetico della nostra società. I transistor a effetto di campo verticali di potenza basati su GaN forniscono prestazioni eccellenti per gli interruttori di conversione di potenza, grazie alla loro capacità di gestire tensioni e densità di corrente elevate con un consumo di area molto ridotto.

Questo lavoro si concentra su un transistor a effetto di campo a gate verticale in ossido di metallo (MOSFET) con vantaggi concettuali nella fabbricazione del dispositivo preceduta da epitassia di GaN e caratteristiche di modalità di enhancement. La pila di strati funzionali comprende dal basso una sequenza di strati di GaN n+/n--drift/p-body/n+-source. Particolare attenzione è rivolta al drogaggio di Mg dello strato di corpo di p-GaN, che è un argomento complesso di per sé.

La passivazione dell'idrogeno del magnesio gioca un ruolo essenziale, poiché solo la concentrazione di Mg attivo (privo di idrogeno) determina la tensione di soglia del MOSFET e la capacità di blocco del diodo a corpo. Le sfide specifiche del concetto di fabbricazione sono legate alla complessa integrazione, alla formazione di contatti ohmici con gli strati funzionali, all'implementazione specifica e allo schema di lavorazione del modulo della trincea di gate e della terminazione del bordo laterale. Il campo elettrico massimo raggiunto nella giunzione pn del diodo del corpo del MOSFET è stimato intorno a 2,1 MV/cm.

Dalle misure di trasferimento a doppio salto con un'isteresi relativamente piccola, una forte pendenza in sottosoglia e una tensione di soglia di 3 - 4 V, si evince una qualità dell'interfaccia Al2O3/GaN ragionevolmente buona. Allo stato conduttivo si stima una mobilità di canale di circa 80 - 100 cm /Vs. Questo valore è paragonabile a quello di un dispositivo con un'ulteriore sovracrescita del canale.

Un ulteriore miglioramento delle caratteristiche allo stato OFF e ON è previsto per l'ottimizzazione della terminazione del dispositivo e dell'interfaccia high-k/GaN del gate della trincea verticale, rispettivamente. Dai risultati ottenuti e dalle dipendenze emergono le cifre chiave di un dispositivo efficiente dal punto di vista dell'area e competitivo.