级联型氮化镓HEMT器件UIS可靠性机理
2021-12-23刘斯扬孙伟锋
东南大学学报(自然科学版) 2021年6期
钱 乐 李 胜 张 弛 刘斯扬 孙伟锋
(东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心， 南京 210096)
氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)作为新型宽禁带半导体器件之一，具有导通电阻低、开关速度快和转换效率高等优点，更适合在高频电力电子系统中使用[1-2].增强型(E-mode)GaN HEMT由于其常关特性更符合实际应用的要求，从而受到了广泛关注与研究. 目前较为常用的2种增强型GaN HEMT分别为p-GaN栅结构HEMT和级联型GaN HEMT，并且均已在电力电子系统中得到应用[3].
当器件应用于带有感性负载的电路或者寄生电感较大的电路中时，会遭受非钳位感性负载开关(UIS)应力的影响，电感中存储的能量会在器件关断时对器件造成高压冲击. 对于传统硅基器件，若UIS应力造成的电压超过其体二极管的雪崩电压，体二极管会发生雪崩并将器件两端的电压钳位在一固定值，器件从而得到保护[4-6]. 而GaN HEMT结构由于缺少体二极管,不具有雪崩能力[7]，因此UIS应力会给器件带来较大的失效风险.
近几年，国内外一些研究人员对p-GaN栅结构HEMT的UIS特性展开相关研究，并取得了一些进展[8-10]. 而级联型GaN HEMT由于其内部结构较为复杂，内部节点情况难以分析，有关级联型GaN HEMT的UIS可靠性机理研究相对较少，且不够深入.
本文将通过实验和Silvaco计算机辅助设计(TCAD)软件仿真，研究级联型GaN HEMT的UIS可靠性机理.从器件内部节点出发分析器件在单脉冲UIS应力下的耐受机理以及失效机理，并根据电参数退化情况分析器件在重复UIS应力下的退化机理.