中科院微电子所在氮化镓器件可靠性及热管理研究方面取得进展

氮化物半导体材料在光电子、能源、通信等领域具有广泛的应用前景。随着下游新应用的快速发展以及衬底制备技术的不断突破，氮化物半导体功率器件实现了成本和效率的大幅改善，

但器件的阈值漂移、电流坍塌、热管理等瓶颈问题仍然制约着器件可靠性的突破，限制了其向更高电压和更大功率应用领域拓展。

近日，中科院微电子所高频高压中心刘新宇研究员团队在氮化镓电子器件可靠性及热管理方面取得突破，六项研究成果入选第14届氮化物半导体国际会议ICNS-14（The 14th International Conference on Nitride Semiconductors）。  

氮化物半导体材料在光电子、能源、通信等领域具有广泛的应用前景。随着下游新应用的快速发展以及衬底制备技术的不断突破，氮化物半导体功率器件实现了成本和效率的大幅改善，但器件的阈值漂移、电流坍塌、热管理等瓶颈问题仍然制约着器件可靠性的突破，限制了其向更高电压和更大功率应用领域拓展。  

科研团队成功应用氧化铝钝化技术有效恢复了薄势垒氮化镓器件的二维电子气，实验上确定了电荷来源和界面电荷数量，为自主研制超薄势垒增强型器件奠定了技术基础。在可靠性方面，团队采用高温远程等离子体预处理技术，稳定复现了原子级台阶形貌，改善了器件的阈值漂移和电流崩塌现象。团队还深入研究了深能级界面态的起源和抑制机理，为进一步提升器件性能提供了理论基础。针对P-GaN栅增强型HEMTs，团队采用轻掺杂漏极技术，有效调控了栅下的二维电子气浓度和关态表面电场，使器件获得更出色的关态特性。团队还自主搭建了电感负载评估平台，利用该平台研究了商用肖特基型P-GaN栅器件和HD-GIT器件在复杂工作模式下的动态导通电阻，为p-GaN栅极GaN HEMT的稳定性提供了新思路。在热管理方面，团队通过引入高导热氮化铝钝化介质并在器件正面设计散热通道，将器件的结温降低了50℃。团队还开发了基于集总参数电热网络(LPETN)模型的SenseFET电流检测元件，实现了对GaN功率器件温度分布和传导电流分布的高精度检测。  

上述六项研究成果在ICNS-14上进行了口头/海报展示，两项工作获评大会“best student award”。相关成果的通讯作者为微电子所黄森研究员、王鑫华研究员和蒋其梦研究员。研究工作获得国家重点研发计划、自然基金重点和中国科学院裘搓基金重点等项目的支持。  

ICNS是氮化物领域最权威、最有影响力的学术会议之一，聚集了全球氮化物半导体领域的著名科学家、工程师及业界人士。 

2023年ICNS会议现场

“best student award”奖章