近日，中國科學院微電子所高頻高壓中心GaN功率電子器件研發(fā)團隊的2篇論文入選第36屆功率半導體器件和集成電路國際會議（ISPSD），其中戴心玥博士的口頭報告“An Enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT withIsland-Ohmic p-GaN featuring stable thresholdvoltage and large gate swing”榮獲大會唯一最佳青年學者獎（ISPSD Charitat Young Researcher Award）。

????作為目前主流的增強型商用GaN功率器件，p-GaN柵極HEMT技術路線因具有良好的閾值均勻性受到廣泛關注。其中，肖特基接觸型p-GaN HEMT器件具有較小的柵極漏電和較大的柵極擺幅，但其存在閾值電壓不穩(wěn)定的問題；歐姆接觸型p-GaN HEMT器件（也被稱為柵極注入晶體管，Gate injection transistor）盡管具有良好的閾值電壓穩(wěn)定性，但存在顯著的柵極漏電問題。戴心玥博士創(chuàng)新提出了一種具有歐姆島鑲嵌的p-GaN柵（Island Ohmic p-GaN gate, 簡稱IO-PGaN）增強型AlGaN/GaN HEMT器件結構，成功實現(xiàn)了穩(wěn)定的閾值電壓和較大的柵極擺幅。通過定制含有Mg重摻雜蓋帽層的外延結構，在歐姆島頂部實現(xiàn)良好的p型歐姆接觸，其余部分為肖特基接觸。此外，歐姆島側壁的肖特基接觸與頂部的歐姆接觸可以等效為一個常開型p-FET，當歐姆島結構足夠“窄長”、或歐姆島結構摻雜濃度足夠低時，側壁耗盡層更易夾斷溝道，該等效 p-FET 的閾值電壓增大，可實現(xiàn)柵極漏電的自鉗位。實驗結果表明，該結構繼承了肖特基型p-GaN柵器件的低漏電優(yōu)勢和歐姆柵器件良好的閾值穩(wěn)定性特點，在高柵壓和漏壓偏置工作條件下均能實現(xiàn)低柵極漏電和穩(wěn)定的閾值電壓，所制備的器件具有較陡峭的亞閾值擺幅。這項研究為提升商用p-GaN柵功率器件的可靠性提供了新的思路，具有重要的應用前景。

????團隊成員黃怡菲博士在大會上展示了題為?“In-situ Extraction of Time-resolved EOSS on GaN Power Device Based on a Modified Hard Switching Platform”的論文成果。GaN功率器件在高速開關功率變換器中，尤其是硬開關條件下，開關損耗成為總功耗中的主要部分。開關損耗得一部分和器件輸出電容COSS損耗（EOSS）有關，體現(xiàn)在COSS中存儲的電荷通過2DEG通道的放電過程。該工作提出了一種基于電感負載硬開關評估板的原位測量方法來表征動態(tài)EOSS。這種易于實施的方法可以研究EOSS對各種參數(shù)的依賴性，包括總線電壓、長期關斷漏極應力（Pre-HVdrain-stress）和長期硬開關應力（Pre-HSW-stress）。該工作深入揭示了長期應力對EOSS的影響，這有助于評估實際應用中連續(xù)硬開關應力條件下GaN功率器件的功率損耗。

以上研究工作得到深圳平湖實驗室和中國科學院蘇州納米所的協(xié)助，同時得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金重點項目、中國科學院-香港裘搓基金重點項目、中國科學院青促會優(yōu)秀會員和中國科學院微電子所-香港科技大學聯(lián)合微電子實驗室等項目的大力支持。

ISPSD作為IEEE旗下的功率半導體旗艦會議，涵蓋功率半導體器件和功率集成電路的設計、工藝、封裝和應用等方向，是功率器件領域最具影響力和規(guī)模最大的國際學術會議，被認為是該領域的奧林匹克會議，三十多年以來一直都是國際產(chǎn)業(yè)界和學術界爭相發(fā)表重要成果的舞臺。

微電子所獲獎團隊與2023&2024兩屆ISPSD大會主席合影

新型歐姆島狀p-GaN柵結構增強型AlGaN/GaN HEMT器件