近日，功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的頂級(jí)會(huì)議IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD)在德國(guó)不來(lái)梅市舉行。本屆ISPSD共收到論文投稿338篇，錄用141篇，其中口頭報(bào)告錄用42篇。北京大學(xué)集成電路學(xué)院/集成電路高精尖創(chuàng)新中心共6篇高水平論文入選（包含3篇口頭報(bào)告），向國(guó)際功率器件與功率集成電路領(lǐng)域的同行展示了北京大學(xué)最新的研究成果。這六篇論文內(nèi)容涉及GaN功率器件熱電子效應(yīng)抑制技術(shù)、高性能GaN p-FET器件技術(shù)、GaN功率器件動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試平臺(tái)、高柵極電壓擺幅GaN功率器件、GaN功率器件短路能力提升技術(shù)、增強(qiáng)型GaN功率器件動(dòng)態(tài)閾值漂移與誤開(kāi)通現(xiàn)象。論文詳情如下：

1. GaN功率器件熱電子效應(yīng)抑制技術(shù)

目前，GaN功率器件在高壓、大功率領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了優(yōu)異的性能。然而，這會(huì)導(dǎo)致器件在工作過(guò)程中經(jīng)歷高功率應(yīng)力，產(chǎn)生大量的熱電子，這些熱電子會(huì)轟擊器件的表面和緩沖層，產(chǎn)生新的陷阱能級(jí)，從而引起器件的導(dǎo)通電阻退化。

針對(duì)上述問(wèn)題，魏進(jìn)/王茂俊團(tuán)隊(duì)提出了具有有源鈍化層和背部虛擬體技術(shù)。通過(guò)有源鈍化層和背部虛擬，可以有效地屏蔽熱電子引起的表面層陷阱和緩沖層陷阱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)熱電子效應(yīng)的抑制作用。該工作以Suppression of Hot-Electron-Induced Dynamic RON Degradation in p-GaN Gate HEMT Using Active Passivation and Virtual Body為題，以口頭報(bào)告形式展示，文章的第一作者是北京大學(xué)集成電路學(xué)院博士研究生楊俊杰，通訊作者是魏進(jìn)研究員。

2. 高性能GaN p-FET器件

目前，GaN功率器件已經(jīng)發(fā)展的較為成熟。為了充分發(fā)揮GaN的全部潛力，高效能的GaN互補(bǔ)邏輯電路的發(fā)展勢(shì)在必行。然而，由于p型溝道層內(nèi)受主電離率較低，增強(qiáng)型GaN p-FET具有較低的電流密度。這一問(wèn)題嚴(yán)重限制了GaN互補(bǔ)邏輯電路的發(fā)展。

針對(duì)上述問(wèn)題，魏進(jìn)/王茂俊團(tuán)隊(duì)提出了一種新型電離增強(qiáng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)E-modeGaNp-FET電流密度的大幅度提升。該工作以Polarization-Assisted Acceptor Ionization in E-ModeGaN p-FET on 650-V E-mode p-GaN Gate HEMT(EPH) Platform為題，以口頭報(bào)告形式展示，文章的第一作者是北京大學(xué)與北京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生李騰，通訊作者是魏進(jìn)研究員和北京工業(yè)大學(xué)張蒙教授。

3. GaN功率器件動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試平臺(tái)

動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻退化是GaN功率器件的一個(gè)顯著特征。GaN器件經(jīng)歷關(guān)態(tài)耐高壓及開(kāi)關(guān)切換后會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通電阻增大現(xiàn)象，這會(huì)影響器件的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及可靠性。目前，動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試平臺(tái)功能較為單一，難以對(duì)GaN器件動(dòng)態(tài)電阻性能進(jìn)行全面評(píng)估。

針對(duì)上述問(wèn)題，魏進(jìn)/王茂俊團(tuán)隊(duì)提出了基于電容負(fù)載的多功能GaN功率器件動(dòng)態(tài)電阻測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)充分考慮了開(kāi)關(guān)切換類(lèi)型對(duì)動(dòng)態(tài)電阻的影響，可用于片上和封裝器件動(dòng)態(tài)電阻的長(zhǎng)時(shí)間退化研究。該工作以Versatile Dynamic On-Resistance Test Bench forGaN Power Transistors with Considerations for Soft and Hard Switching, Time-Resolved Test, Packaged and On-Wafer Devices為題，以口頭報(bào)告形式展示，文章的第一作者是北京大學(xué)集成電路學(xué)院博士研究生勞云鴻，通訊作者是魏進(jìn)研究員。

4. 增強(qiáng)型GaN功率器件動(dòng)態(tài)閾值漂移與誤開(kāi)通現(xiàn)象

GaN功率器件由于其本身的材料特性的優(yōu)勢(shì)，在功率電子領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力，正成為下一代功率半導(dǎo)體技術(shù)的領(lǐng)先選擇。但是GaN功率器件存在閾值電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題，降低了其在實(shí)際電路應(yīng)用中的可靠性。

針對(duì)上述問(wèn)題，王茂俊/魏進(jìn)團(tuán)隊(duì)深入研究了650 V 商用肖特基p-GaN HEMT 閾值電壓負(fù)漂對(duì)器件誤開(kāi)啟的影響，并揭示了該問(wèn)題對(duì)溫度的依賴(lài)性。研究證明在低溫下器件誤開(kāi)啟的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)進(jìn)一步上升。該工作以Analysis of False Turn-on of Schottky p-GaN HEMT in Bridge-leg Circuit over −55°C - 150°C Operating Temperature Range為題，發(fā)表于今年ISPSD，文章第一作者是北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院碩士研究生范澤濤，通訊作者是王茂俊副教授和魏進(jìn)研究員。

5. GaN功率器件的短路能力提升技術(shù)

由于具有出色的高頻工作性能，氮化鎵功率器件在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。電機(jī)驅(qū)動(dòng)等工業(yè)級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)β势骷亩搪纺芰τ泻芨叩囊蟆５牵珿aN功率器件的短路可靠性較差，這限制了其在工業(yè)級(jí)高功率領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，魏進(jìn)/王茂俊團(tuán)隊(duì)提出了具有肖特基延伸金屬的新型p-GaN柵極HEMT。在器件中緊鄰源極的區(qū)域引入一個(gè)肖特基延伸區(qū)，所提出的新型器件具有更低的飽和電流密度，大幅度提高了器件的短路能力。該工作以Design and Development of p-GaN Gate HEMT with Schottky Source Extension for Improved Short Circuit Reliability為題，發(fā)表于今年ISPSD，文章的第一作者是北京大學(xué)集成電路學(xué)院博士研究生余晶晶，通訊作者是魏進(jìn)研究員。

6.高柵極電壓擺幅GaN功率器件技術(shù)

p-GaN柵極GaN功率器件是目前商業(yè)化的主要器件，然而該器件還存在動(dòng)態(tài)閾值電壓漂移、柵極驅(qū)動(dòng)擺幅小以及動(dòng)態(tài)電阻退化等問(wèn)題，限制其進(jìn)一步發(fā)展。

針對(duì)上述問(wèn)題，魏進(jìn)/王茂俊團(tuán)隊(duì)提出了一種帶有背部虛擬體和p-GaN電勢(shì)穩(wěn)定器的MIP-HEMT技術(shù)，MIP柵極可以承受額外的柵極偏壓，將器件的柵極電壓擺幅提高至20.4V；背部虛擬體可以有效地屏蔽緩沖層陷阱，從而實(shí)現(xiàn)低的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻；p-GaN電勢(shì)穩(wěn)定器可以快速地消除p-GaN中存儲(chǔ)的電荷，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的閾值電壓。該工作以metal/Insulator/p-GaN Gate Virtual-Body HEMT for Large Gate Swing and Effective hole Injection為題，發(fā)表于今年ISPSD，文章的第一作者是北京大學(xué)集成電路學(xué)院博士研究生楊俊杰，通訊作者是魏進(jìn)研究員和王茂俊副教授。

關(guān)于IEEE ISPSD

IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD)是功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的頂級(jí)會(huì)議，以論文錄用率低、作品創(chuàng)新性和實(shí)用性強(qiáng)著稱(chēng)，每年吸引全球范圍內(nèi)大量學(xué)術(shù)界、工業(yè)界研發(fā)人員的關(guān)注和參與。歷史上關(guān)于功率器件的眾多重大進(jìn)展均在ISPSD大會(huì)首次展示。會(huì)議內(nèi)容涉及高壓功率器件、低壓功率器件、功率集成技術(shù)、SiC功率器件、GaN功率器件等方面。IEEE ISPSD在歐洲、北美、日本、其他地區(qū)輪流舉辦，2024年ISPSD的舉辦地為德國(guó)不來(lái)梅市，2025年ISPSD將在日本熊本市舉辦。

論文鏈接：

[1] J. Yang, et al., “Suppression of Hot-Electron-Induced Dynamic RON Degradation in p-GaN Gate HEMT Using Active Passivation and Virtual Body”, Proc. ISPSD, 2024, p. 530.

[2] T.Li, et al., “Polarization-Assisted Acceptor Ionization in E-ModeGaN p-FET on 650-V E-mode p-GaN Gate HEMT(EPH) Platform”, Proc. ISPSD, 2024, p. 160.

[3] Y.Lao, et al., “Versatile Dynamic On-Resistance Test Bench for GaN Power Transistors with Considerations for Soft and Hard Switching, Time-Resolved Test, Packaged and On-Wafer Devices”, Proc. ISPSD, 2024, p. 534.

[4] J. Yang, et al., “metal/Insulator/p-GaN Gate Virtual-Body HEMT for Large Gate Swing and Effective hole Injection”, Proc. ISPSD, 2024, p. 287.

[5] J.Yu, et al., “Design and Development of p-GaN Gate HEMT with Schottky Source Extension for Improved Short Circuit Reliability”, Proc. ISPSD, 2024, p. 263.

[6] Z.Fan, et al., “Analysis of False Turn-on of Schottky p-GaN HEMT in Bridge-leg Circuit over −55°C - 150°C Operating Temperature Range”, Proc. ISPSD, 2024, p. 275.