二次外延AlGaN势垒层的增强型p-gate GaN HEMT新结构研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61904207
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0404.半导体电子器件与集成
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

p-gate GaN-based high electron mobility transistor (p-gate GaN HEMT) is one of the forefront topics in the field of high-speed and high-efficiency power electronics. It is difficult to balance high-conduction characteristic in accessed region and good turn-off capacity in gate region for p-gate devices fabricated by traditional methods. To tackle this issue, this project proposes a scheme for a novel p-gate GaN HEMT structure based on regrown AlGaN barrier layer without the usage of mask, therefore, the requirement of etching process is reduced, and the epitaxy structure of access and gate region can be designed more reasonably to obtain high-performance device characteristics. Starting from the design of epitaxial structure and the modulation of energy band, the project intends to focus on the following researches: (1) the regrown control technology and its physical mechanism aiming at achieving high-conduction characteristics in access region, including the repair of regrown interface defects and the growth behavior of the regrown barrier layer; (2) the suppression methods of defects/interface traps in gate region with multi-interface and its influence on electrical properties aiming at achieving a better turn-off capability, including the behavior of Mg diffusion in p-type layer under high temperature, the optimization of metal-semiconductor contact interface and the mechanism of gate leakage. Ultimately, this project looks forward to realizing e-mode GaN-based power devices with independent intellectual property rights, and superior properties of low on-resistance, high threshold voltage, stable dynamic resistance and threshold voltage as well as large gate voltage swing.
p型栅GaN基增强型高电子迁移率晶体管(p-gate GaN HEMT)是高速高效电力电子器件领域的前沿课题之一。为克服传统方案制备p型栅器件难以兼具高开态导通和栅关断特性等问题,本项目提出基于二次外延AlGaN势垒层的p-gate GaN HEMT新工艺新结构,该方案对刻蚀工艺要求降低,基于无掩膜整面二次外延,可合理设计接入区和栅区外延结构提高器件性能。本项目从外延结构设计和能带调制出发,拟重点开展以下研究:(1)以实现高导通特性为目标的接入区二次外延控制技术和物理机理研究,包括二次外延界面缺陷修复及二次外延势垒层生长行为;(2)以实现良好栅关断能力为目标的栅区多界面系统缺陷/界面态抑制及电学特性研究,包括p型层Mg杂质的高温扩散行为、栅极金半界面优化及栅极漏电行为机制。最终实现低导通电阻、高阈值电压、稳定阈值电压和动态电阻、高栅压摆幅特性的具有自主知识产权的GaN基增强型器件。

结项摘要

氮化镓(GaN)作为第三代半导体的代表,具有优异的材料物理特性,更加适合于下一代电力电子系统对功率开关器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣工作温度的要求。实现高性能的p-GaN栅增强型HEMT是业界追求的目标,但是也面临着挑战。本项目提出二次外延方案,克服传统刻蚀方案的不足。具体开展了p-GaN栅器件结构设计、栅极结构参数调控及器件工作机理分析,并进行了二次外延界面控制及生长行为研究,基于二次外延方案及AlGaN薄势垒层结构和AlN插入层技术等,获得了高阈值电压和良好导通能力的GaN增强型器件,研究了器件中栅界面缺陷的提取及抑制方法,同时也评价了栅极构型对器件栅漏电行为的影响,并基于自主搭建的测试平台评估了不同应力模式下p型栅器件动态阈值电压和动态电阻稳定性。本项目提出的二次外延技术和器件结构,为开发高性能增强型GaN器件提供了一种可行方案。在本项目资助下研究成果发表论文12篇,其中SCI论文10篇,包括权威期刊论文IEEE TED、ASS、JAC、JCG等,以及国际顶级会议论文IEEE ISPSD,并申请(含授权)中国发明专利8项以及美国专利2项。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(10)
氮化镓基互补型逻辑电路研究进展及挑战
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    电子与封装
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张彤;刘树强;何亮;成绍恒;李柳暗;敖金平
  • 通讯作者:
    敖金平
Effect of geometry on the sensing mechanism of GaN Schottky barrier diode temperature sensor
几何形状对 GaN 肖特基势垒二极管温度传感器传感机制的影响
  • DOI:
    10.1587/elex.18.20210332
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    IEICE Electronics Express
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Liang He;Y. Ni;L. Li;Z. He;X. Li;T. Pu;J. Ao
  • 通讯作者:
    J. Ao
A review of selective area grown recess structure for insulated-gate E-mode GaN transistors
绝缘栅E型GaN晶体管选择性区域生长凹槽结构综述
  • DOI:
    10.7567/1347-4065/ab4e5e
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Japanese Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Liang He;Fan Yang;Yao Yao;Yue Zheng;Jialin Zhang;Liuan Li;Zhiyuan He;Yiqiang Ni;Xin Gu;Yang Liu
  • 通讯作者:
    Yang Liu
Experimental evaluation of interface states during time-dependent dielectric breakdown of GaN-based MIS-HEMTs with LPCVD-SiNx gate dielectric
具有 LPCVD-SiNx 栅极电介质的 GaN 基 MIS-HEMT 随时间变化的电介质击穿过程中界面态的实验评估
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/ab8895
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chin. Phys. B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yawen Zhao;Liuan Li;Taotao Que;Qiuling Qiu;Liang He;Zhenxing Liu;Jinwei Zhang;Qianshu Wu;Jia Chen;Zhisheng Wu;Yang Liu
  • 通讯作者:
    Yang Liu
Normally-off AlGaN/GaN heterojunction field-effect transistors with in-situ AlN gate insulator
具有原位 AlN 栅极绝缘体的常断 AlGaN/GaN 异质结场效应晶体管
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/ac7a0e
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chin. Phys. B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    T. Pu;S. Liu;X. Li;T. Wang;J. Du;L. Li;Liang He;X. Liu;J. Ao
  • 通讯作者:
    J. Ao

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其他文献

Pseudo-Anosov映射作用下拓扑混沌数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯彦红;陈金伟;喻慧文;何亮
  • 通讯作者:
    何亮
基于MODIS 的北洛河流域植被盖度变化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    人民黄河
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何亮;吕渡;郭晋伟;雷斯越;贺洁;张晓萍;杨希华
  • 通讯作者:
    杨希华
同向非对称双螺杆挤出HDPE/PS共混体系沿程混合表征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐百平;何亮;王玫瑰;杜遥雪
  • 通讯作者:
    杜遥雪
橡胶沥青及混合料低温性能研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    公路
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何亮;Dawei Wang;凌天清;肖飞鹏
  • 通讯作者:
    肖飞鹏
金属互连电迁移噪声的非高斯性模型研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    何亮;杜磊;黄晓君;陈华;陈文豪;孙鹏;韩亮
  • 通讯作者:
    韩亮

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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