松下试制出了使用GaN基板的GaN功率晶体管(「GIT」),并在“IEDM 2016”上发表(演讲序号:10.3)。与该公司已推出产品的以往Si基板产品相比,将导通电阻(Ron)降至2/3,将输出电荷(Qoss)减至约一半。这样便可将导通电阻与输出电荷的乘积——以关断开关为对象的“FOM(figure of merit)”减小至约1/3,实现高速关断。试制品尽管为AlGaN/GaN的HEMT构造,使用GaN基板,但却是电子沿器件水平方向移动的横式器件。可以说,器件构造与原来基本相同,只是改变了基板的种类。
松下在GaN基板产品和Si基板产品方面试制了2.1mm×2.0mm测试芯片做了比较。Si基板产品的导通电阻为150mΩ,GaN基板产品的导通电阻为100mΩ。Qoss方面,Si基板产品为18.3nC,GaN基板产品为9.4nC。这样,与Si基板产品的FOM为2745mΩ·nC相比,GaN基板产品减小至940mΩ·nC。松下通过实施开关操作计算出了关断时的速度,与以往Si基板产品为285V/ns相比,GaN基板产品的速度达到了约2倍的140V/ns。
使用GaN基板后导通电阻减小的原因于基板上的GaN类半导体的结晶缺陷减少。这样,电子迁移率得到提高,导通电阻随之减小。Qoss减小是因为加厚了设置于GaN基板正上方的缓冲层。Si基板产品缓冲层厚5μm,而GaN基板产品加厚至16μm。Si基板产品使材料与Si不同的GaN结晶生长,因此过于加厚缓冲层时,容易出现裂纹等。所以以5μm左右为极限。
此外,通过采用GaN基板还可提高耐压并抑制电流崩塌现象。耐压方面,在缓冲层的厚度为16μm、栅漏间距(Lgd)为10μm时耐压达到1.5kV左右,Lgd为20μm时耐压达到2.8kV。Si基板产品中,缓冲层厚度为5μm、Lgd为10μm时耐压达到1kV左右。而且,即使将Lgd扩大至15μm,耐压也几乎不变。
电流崩塌现象方面,已确认最高到1kV也不会发生该现象。与松下正在销售的、设置有防电流崩塌构造的Si基板产品为同等水平。不设置该构造时,在1kV以下便会发生电流崩塌。
关键字:GaN
编辑:刘燚 引用地址:使用GaN基板将GaN功率元件FOM减至1/3
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