宽禁带科技论|北大团队研制1200V超低动态电阻GaN功率晶体管

借助GaN材料高击穿电场、高电子迁移率等优良的物理特性，GaN功率器件有望大量应用于高压大功率领域。目前，GaN功率器件已经在消费电子领域实现商业化，但电压等级仅为650 V。然而，面向电动汽车、工业电机等工业电子领域，GaN功率器件则需要将电压等级提高到千伏及以上。传统的Si衬底GaN功率器件受限于衬底垂直击穿，电压等级难以继续提高。

此外，高压GaN功率器件还面临动态电阻退化的问题。在650 V的电压等级下，业界普遍采用多级场板技术来抑制动态电阻退化。然而，对于千伏级的应用，器件所需场板的数量和复杂度将进一步增加，从而影响生产成本。

针对上述问题，北京大学集成电路学院魏进团队在蓝宝石衬底上制备了一种增强型GaN有源钝化层功率晶体管。蓝宝石衬底优良的绝缘特性使得该器件的击穿电压超过2000 V。同时，借助有源钝化对表面电荷的屏蔽作用，器件在高达1200 V的电压等级下实现了超低动态导通电阻。这项工作展示了千伏级GaN功率器件的应用潜力，推动了GaN功率器件在工业领域的发展。

图（a）新型有源钝化晶体管TEM照片。（b）增强型有源钝化晶体管转移特性曲线。（c）有源钝化晶体管（AP-HEMT）与传统晶体管（Conv-HEMT）的耐压特性。新型器件具有更高的击穿电压。（d）两种器件的动态电阻特性。新型器件的动态电阻退化得到显著抑制。

相关成果以”Demonstration of 1200-V E-Mode GaN-on-Sapphire Power Transistor With Low Dynamic ON-Resistance Based on Active Passivation Technique”为题发表在微电子器件领域的权威期刊《IEEE电子器件快报》 (IEEE Electron Device Letters)上，并被选为编辑精选论文（Editor’s Pick）。北京大学集成电路学院博士研究生崔家玮为论文第一作者，魏进研究员为通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划的支持。