垂直 GaN 技術(shù)：GaN 在橫向和縱向技術(shù)方面的主要技術(shù)差異

垂直結(jié)構(gòu)通常被認(rèn)為有利于高電壓、高功率器件，因?yàn)樗阌陔娏鲾U(kuò)散和熱管理，并允許在不增大芯片尺寸的情況下實(shí)現(xiàn)高電壓幾乎所有商用的MV/HV Si和SiC功率器件都是基于垂直結(jié)構(gòu)此外，與GaN-on-Si外延相比，GaN-on-GaN同質(zhì)外延層具有更低的位錯(cuò)密度，(VON)是由GaN的大能帶隙引起的。先進(jìn)的sbd是非?？扇〉?，因?yàn)樗鼈兘Y(jié)合了肖特基樣正向特性(具有低VON)和pn樣反向特性(峰值電場(chǎng)從表面移到半導(dǎo)體中)。這些先進(jìn)的SBDs包括溝道MIS/MOS勢(shì)壘肖特基(TMBS)二極管，結(jié)勢(shì)壘肖特基(JBS)二極管，合并p-n/肖特基二極管(MPS)。這些二極管采用MIS堆?；騪-n結(jié)在低反向偏置時(shí)耗盡漂移區(qū)域的頂部，從而屏蔽肖特基接觸頂部免受強(qiáng)電場(chǎng)的影響。JBS和MPS二極管具有相似的結(jié)構(gòu)，只是與p-GaN的肖特基接觸或歐姆接觸不同。600-700 V的GaN TMBS二極管和JBS二極管，和2 kV的MPS二極管，與標(biāo)準(zhǔn)SBDs相比，泄漏電流至少低100倍。

橫向 GaN 硅或碳化硅器件上的 GaN 結(jié)合了熱膨脹系數(shù)不匹配的材料。此外，我們可以說在典型的 GaN HEMT 器件中，通道非?？拷砻?，大約為幾百納米，這可能會(huì)產(chǎn)生冷卻和鈍化問題。在橫向GaN on silicon器件中，你知道，漏源分離決定了器件的擊穿電壓，所以差異很大。我想問你，如果我們可以開始，你能解決這些設(shè)備之間的技術(shù)差異嗎?您能告訴我 GaN 在橫向和縱向技術(shù)方面的主要技術(shù)差異嗎?

在橫向 GaN 硅或碳化硅器件上的 GaN 結(jié)合了熱膨脹系數(shù)不匹配的材料。此外，我們可以說在典型的 GaN HEMT 器件中，通道非常靠近表面，大約為幾百納米，這可能會(huì)產(chǎn)生冷卻和鈍化問題。在橫向GaN on silicon器件中，你知道，漏源分離決定了器件的擊穿電壓，所以差異很大。我想問你，如果我們可以開始，你能解決這些設(shè)備之間的技術(shù)差異嗎?您能告訴我 GaN 在橫向和縱向技術(shù)方面的主要技術(shù)差異嗎?

橫向器件，我傾向于認(rèn)為它們實(shí)際上是一些已開發(fā)的 RF GaN 器件的表親，它基于異質(zhì)結(jié)構(gòu)。電流的傳輸是通過二維電子氣進(jìn)行的，它在很大程度上是一種表面定向裝置。對(duì)于垂直 GaN 器件，它仍然是 GaN，但器件的結(jié)構(gòu)和 GaN 的真正性質(zhì)卻大不相同。我傾向于將垂直 GaN 器件真正視為分立硅或碳化硅功率器件的類似物。因此，如果您看卡通片或設(shè)備的橫截面，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它與硅或碳化硅具有非常相似的特征。

因此，您通常有一個(gè)原生基板，一個(gè)氮化鎵基板，不一定非要如此，但這是首選。所以這是一個(gè)區(qū)別，你有一個(gè)厚的漂移層，它是阻擋電壓的層，同時(shí)也充當(dāng)電流的電阻器。因此，存在垂直傳輸，電場(chǎng)往往主要是垂直的，首先要訂購(gòu)的不是表面設(shè)備，最高的場(chǎng)，你會(huì)嘗試埋在設(shè)備內(nèi)的 PN 結(jié)處?，F(xiàn)在，對(duì)于二極管，或者實(shí)際上任何設(shè)備，您確實(shí)有需要處理的邊緣終端。如果它是 MOSFET，則頂部會(huì)有一個(gè)電介質(zhì)柵極。所以在材料的性質(zhì)和加工上肯定存在一些差異。對(duì)于垂直 GaN，它又有點(diǎn)像硅或碳化硅分立功率器件。只是從橫截面的角度和布局等方面來看。這些是主要區(qū)別。這是阻擋電壓的層，也充當(dāng)電流的電阻器。

國(guó)外垂直GaN器件的研究還處于初級(jí)階段，存在許多有待解決的問題。一個(gè)關(guān)鍵問題是在不同襯底上垂直GaN器件的成本和性能權(quán)衡。藍(lán)寶石上的氮化鎵和硅上的氮化鎵與氮化鎵上的氮化鎵相比，可以以更高的位錯(cuò)密度為代價(jià)實(shí)現(xiàn)更低的外延成本例如，GaN上典型的位錯(cuò)密度在GaN、藍(lán)寶石和Si上為103-106 cm2,1 07-108厘米2、108-109厘米2,分別。在GaN-on-Si中，較高的位錯(cuò)密度可誘導(dǎo)相對(duì)較小的正向特性退化，但在高偏置時(shí)可產(chǎn)生較高的關(guān)態(tài)漏電流。有趣的是，雖然垂直GaN-on-Si器件的BV通常是由阱介導(dǎo)過程控制的，據(jù)報(bào)道這種阱介導(dǎo)的BV在開關(guān)電路中保持雪崩的強(qiáng)度。陷阱對(duì)設(shè)備泄漏和擊穿的影響，以及它們的影響與不同制造技術(shù)的相關(guān)性，以實(shí)現(xiàn)完全垂直GaN-on-Si和GaN-on-sapphire器件，需要進(jìn)一步研究器件、材料和物理。

此外，在國(guó)外襯底上的垂直GaN器件中，更高的漏電流對(duì)器件可靠性和魯棒性的影響尚未被了解。注意，這一理解對(duì)于橫向GaN-on- si功率和射頻器件也很重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)诟呗┢脮r(shí)的漏電流主要是垂直的，通過GaN緩沖層和過渡層。雖然所有的商用GaN-on- si器件都顯示了優(yōu)秀的可靠性認(rèn)證數(shù)據(jù)，但似乎缺乏襯底選擇(和GaN位錯(cuò)密度)對(duì)橫向GaN器件可靠性和穩(wěn)健性影響的基礎(chǔ)和比較研究。另一方面，值得注意的是，商業(yè)GaN- On - si橫向hemt的良好可靠性并不意味著國(guó)外襯底上的垂直GaN器件也具有同樣的可靠性，因?yàn)檫@兩種器件的主要載流子傳輸方向完全不同。