依托先進(jìn)的半導(dǎo)體TCAD仿真平臺(tái)，天津賽米卡爾科技有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種具有p-NiO插入終端結(jié)合側(cè)壁MOS場板的混合式肖特基勢壘二極管結(jié)構(gòu)（Hybrid TMBS），期望通過該設(shè)計(jì)能同時(shí)改善傳統(tǒng)GaN基SBD的正向?qū)ㄌ匦院头聪驌舸┨匦浴?/p>

圖1展示了技術(shù)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的Hybrid TMBS器件結(jié)構(gòu)（Device A3），該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)核心是利用p-NiO插入終端結(jié)合側(cè)壁場板MOS結(jié)構(gòu)形成混合式肖特基勢壘二極管結(jié)構(gòu)。如圖2（a）所示，該設(shè)計(jì)方案，在器件正向偏置時(shí)，具有更高的電流密度，這主要?dú)w功于引入的p-NiO插入終端可以有效地改善器件的電流擁擠效應(yīng)，使器件臺(tái)面底部附近的電流分布更均勻，從而減小器件的導(dǎo)通電阻 [圖2（b），（c）和（d）]。此外，圖2（e）和（f）中臺(tái)面底部附近橫截的能帶圖也展示了對(duì)于參考器件而言存在0.42 eV的電子勢壘，而Hybrid TMBS器件結(jié)構(gòu)則不存在所謂的勢壘，這很直觀地證明了Hybrid TMBS器件結(jié)構(gòu)可以有效地促進(jìn)電子向器件兩側(cè)輸運(yùn)，從而增強(qiáng)器件的電流擴(kuò)展。

圖1. GaN基混合式肖特基勢壘二極管的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2.（a）器件A3、平面SBD和TMBS器件以及p-NiO/n-GaN二極管的正向I-V特性曲線；（b）TMBS器件和器件A3于臺(tái)面底部附近的橫截電流密度分布圖（VF = 3 V）；（c）TMBS器件和（d）器件A3的二維正向電流密度分布圖；（e）TMBS器件和（f）器件A3臺(tái)面底部位置附近的橫截能帶分布圖（VF = 3 V）

除此之外，如圖3（a）所示，當(dāng)器件外加反向偏置時(shí)，Hybrid TMBS器件結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)更高的擊穿電壓。這是由于當(dāng)器件處于反向偏置時(shí)，p-NiO/n-GaN形成反偏PN結(jié)，可以有效地分擔(dān)大部分電場，從而增強(qiáng)器件的電荷耦合效應(yīng)，進(jìn)而削弱金半接觸界面以及臺(tái)面拐角處的強(qiáng)電場，如圖 3（c）和（d）所示。?另外，從圖3（b）中的二維電場分布和二維漏電流分布圖中也可以很直觀地看出p-NiO插入終端結(jié)合側(cè)壁場板MOS結(jié)構(gòu)可以有效地減小金半接觸界面的電場分布，從而降低由鏡像力效應(yīng)引起的漏電流。

基于前期的仿真結(jié)果，技術(shù)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了器件架構(gòu)，目前實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作正在開展，初步的測試結(jié)果與仿真結(jié)果實(shí)現(xiàn)了高度的吻合。該研究成果豐富了GaN、GaO、SiC基SBD的技術(shù)模型，為研發(fā)更高性能的SBD提供了有力的研究基礎(chǔ)。

圖3.（a）器件A3、平面SBD和TMBS器件的反向I-V特性曲線；（b1）TMBS器件和（b2）器件A3的二維電場分布圖（Vr?= -1300 V）；（b3）TMBS器件和（b4）器件A3的二維電流密度分布圖（Vr?= -1300 V）；（c）臺(tái)面底部位置附近的橫截電場分布圖（Vr?= -1300 V）；（d）沿肖特基接觸界面位置向下的縱切電場分布圖（Vr?= -1300 V）

該成果最近被應(yīng)用物理領(lǐng)域權(quán)威SCI期刊Japanese Journal of Applied Physics， 61, 014002 (2022)收錄。

審核編輯：符乾江