松下半導(dǎo)體(Panasonic Semiconductor)開(kāi)發(fā)出了可將硅(Si)基板上形成的氮化鎵(GaN)功率晶體管的耐壓提高至5倍以上的技術(shù)。還有望實(shí)現(xiàn)3000V以上的耐壓。
硅基板上的GaN功率晶體管耐壓，本來(lái)應(yīng)該是GaN膜耐壓和硅基板耐壓加之和，而實(shí)際上此前只取決于GaN膜的耐壓。因此，松下半導(dǎo)體為提高耐壓而采取了增加GaN膜厚度的措施。不過(guò)，多晶硅和GaN的晶格常數(shù)和熱脹系數(shù)不同，GaN膜過(guò)厚，就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂等問(wèn)題。其結(jié)果，使GaN膜厚度從數(shù)μm 左右、耐壓從1000V左右提高一直是難題。
對(duì)此，松下半導(dǎo)體解明了GaN功率晶體管的耐壓只取決于GaN膜耐壓的原因，并對(duì)該問(wèn)題產(chǎn)生的原因——流過(guò)硅基板和GaN表面的泄漏電流進(jìn)行了抑制，從而提高了GaN功率晶體管的耐壓。結(jié)果，使GaN膜厚度達(dá)到1.9μm，耐壓達(dá)到2200V，提高至原來(lái)的5倍以上。另外，松下半導(dǎo)體表示，如果使用過(guò)去曾報(bào)告過(guò)的9μm的GaN膜厚度，將有可能實(shí)現(xiàn)3940V的耐壓。
松下半導(dǎo)體的具體做法是，首先調(diào)查了由硅基板上的GaN決定耐壓的原理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在GaN晶體管的漏極加載正電壓時(shí)，硅基板和GaN表面會(huì)形成電子反轉(zhuǎn)層，導(dǎo)致出現(xiàn)泄漏電流，由于該泄漏電流的原因，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法將硅基板耐壓計(jì)算在內(nèi)的情況。接著，為了解決該問(wèn)題，設(shè)計(jì)了在晶體管周邊部分的硅基板表面附近設(shè)置p型雜質(zhì)層的耐壓升壓(Blocking Voltage Boosting，BVB)構(gòu)造。通過(guò)在反轉(zhuǎn)層兩端設(shè)置p型雜質(zhì)層，抑制了反轉(zhuǎn)層電子形成泄漏電流而流出的現(xiàn)象。最終可以將硅基板的耐壓計(jì)算在內(nèi)，從而提高了耐壓。
另外，據(jù)松下半導(dǎo)體介紹，此次技術(shù)是日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)共同研究業(yè)務(wù)的成果，已在“2010 IEEE International Electron Devices Meeting(IEDM 2010)”(2010年12月6～8日，美國(guó)舊金山)上公開(kāi)。
