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《Leti重点介绍了GaN电力电子技术的进展》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： Lightfeng
  • 发布时间：2020-12-27

  • 法国微/纳米技术研发中心CEA-Leti表示，其在第66届IEEE国际电子器件会议（IEDM 2020）上发表的两篇补充研究论文证实氮化镓（GaN）技术方法有望克服各种挑战。嵌入MOS栅极的先进GaN器件具有更优化的架构和性能，可以满足全球电源转换系统市场快速增长的需求。

    综合考虑，这两篇论文提供了RT Nanoelec框架下GaN MOS-c HEMT栅极堆叠的新颖理解。他们展示了GaN MOS叠层表征的复杂性，以及专业的报告分析和可靠的参数值。论文《GaN-on-Si-E型MOSc-HEMT中碳相关pBTI降解机理》研究了晶体管栅极正偏压时发生的正偏压温度不稳定性（pBTI）效应背后的物理机制，以确定这种效应的根本原因并将其最小化。已经证明在正的栅极应力下电压阈值（Vth）的不稳定性是由两个陷阱陷阱引起的。第一个与栅极氧化物的缺陷有关，第二个则与栅极界面的GaN中氮原子中碳原子的存在有关。

    在MOS技术中，BTI是一种常见的可靠性测试，Vth不稳定性的根本原因与氧化物缺陷有关，氧化物缺陷可由电子或空穴充电或放电，具体取决于器件类型（n / p-MOS）和偏置极性。就GaN MOS-c HEMT而言，在晶体管下方生长的外延结构非常复杂，并且远非均匀。

    这项研究还证实了CEA-Leti在IEDM 2019上的一篇论文的结论，该论文表明GaN-in-N[CN]中的碳通常作为深受主引入，以创建用于击穿电压管理的半绝缘GaN层，与常见的氧化物陷阱电荷一起，导致了部分BTI不稳定性。因此，外延结构是降低GaN功率器件不稳定性的重要因素。

    另一篇研究论文《GaN-on-Si MOS-c HEMT中的界面陷阱密度（Dit）提取的新颖见解》旨在表征氧化物/ GaN界面的电气质量，以了解CEA-Leti栅极堆叠的界面陷阱密度是否为GaN-on-Si MOS-c HEMT中的主要阈值电压（Vth）贡献者，并确认研发过程中开发的解决方案的性能。

    界面陷阱密度（Dit）可提取在氧化物/半导体界面处具有电活性的界面缺陷的密度，以及其在能量方面与半导体带隙之间的分布。重要的是，Vth直接与易于调整的物理参数（例如金属栅极功函数和半导体的掺杂）以及某些与缺陷相关的参数（例如氧化物和界面态密度的固定或移动电荷）直接相关。如果未正确钝化和处理界面，此密度会极大地影响Vth。

    在GaN MOS-c HEMT的情况下，对GaN进行干法刻蚀。氧化物沉积和这一积极的工艺步骤可能对未来的氧化物/ GaN界面产生巨大影响。因此，开发和优化基于MOS的GaN功率器件需要具有准确可靠的接口表征技术。

    论文的作者Vandendaele表示，CEA-Leti的下一步工作是扩大团队对GaN MOSc HEMT的栅堆叠优化的了解，以最大程度地降低Dit值，并将最佳的产品，工艺和表征方法转移给IRT PowerGaN研究所的合作伙伴。

    CEA-Leti表示，它将通过在外延、器件、无源元件，共集成和系统架构方面的进一步研究来遵循其GaN路线图，以开发GaN技术，该技术可使开关频率和功率密度达到硅的10倍，全部使用标准CMOS工艺来降低成本。

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    • 中国科技网讯（记者李禾）2018年7月31日，国内首个《第三代半导体电力电子技术路线图》正式发布。该路线图是由第三代半导体产业技术创新战略联盟组织国内外众多大学、科研院所、优势企业的知名院士、学者和专家，历时1年多共同编写而成，对指导和促进第三代半导体技术和产业的发展具有重要意义。 第三代半导体是支撑国防军备、5G移动通信、能源互联网、新能源汽车、轨道交通等产业创新发展和转型升级的重点核心材料和电子元器件，因其在国防安全、智能制造、产业升级、节能减排等国家重大战略需求方面的重要作用，正成为世界各国竞争的技术制高点。未来5-10年是全球第三代半导体产业的加速发展期，也是我国能否实现产业自主可控的关键期。 据介绍，《第三代半导体电力电子技术路线图》围绕电力电子方向，路线图主要从衬底/外延/器件、封装/模块、SiC应用、GaN应用等四个方面展开论述，提出了中国发展第三代半导体电力电子技术的路径建议和对未来产业发展的预测。 该联盟表示，从2016年就展开了与美国电气和电子工程师协会(IEEE)ITRW分会合作，并委派联盟国际分委会参与ITRW的工作。2017年，联盟组织国内大学、科研院所、优势企业的知名院士、学者和专家，成立与ITRW对应的中国工作组，这包括衬底/外延/器件、封装模块、碳化硅应用、氮化镓应用等四个工作组，并启动编写中国版《第三代半导体电力电子技术路线图》的编制工作。 一年多来，中国工作组克服了资料缺乏、工作压力大、工作协调繁杂等多方面的困难，通过采取远程会议、专项会议讨论、专家咨询和等多种方式，对初稿进行反复修改，在全体工作组成员的共同努力下，中国版《第三代半导体电力电子技术路线图》第一版（2018）终于正式发布。《第三代半导体电力电子技术路线图》将帮助行业和企业把握技术研发和新产品推出的最佳时间，帮助政府更好明确技术研发战略、重点任务、发展方向和未来市场，集中有限优势资源为产学研的结合构建平台，能使利益相关方在技术活动中步调一致，减少科研盲目性和重复性，将市场、技术和产品有机结合，为不同创新主体提供合适的技术关联“着力点”。 据悉，继电力电子路线图之后，联盟还将陆续组织光电、微波射频等其他应用领域的技术路线图。
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