Diseño y simulación TCAD del diodo P-i-N de GaN con estructuras de terminación de capas de deriva múltiples y placas...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería eléctrica
• Física de los semiconductores

Sus antecedentes:

• Los diodos P-i-N verticales de nitruro de galio (GaN) ofrecen un rendimiento superior en alta tensión, conmutación rápida y bajas pérdidas de conducción.
• El apiñamiento del campo eléctrico en los bordes del dispositivo limita significativamente el voltaje de ruptura de estos diodos.

Objetivo del estudio:

• Evaluar sistemáticamente varias técnicas de terminación de bordes para los diodos GaN P-i-N verticales.
• Presentar un diodo GaN P-i-N optimizado de varias capas con terminación de placa de campo.
• Proporcionar directrices prácticas de diseño para dispositivos de potencia GaN de alto rendimiento.

Principales métodos:

• Utilizó las herramientas Silvaco TCAD (2019) para la simulación y el análisis de dispositivos.
• Se evaluaron las configuraciones de terminación de la mesa profundamente grabada, la mesa biselada y el borde de la placa de campo.
• Se analizó la conducción hacia adelante, la ruptura inversa y el rendimiento de conmutación bajo temperaturas variables.

Principales resultados:

• Un diodo GaN P-i-N optimizado de múltiples capas con terminación de placa de campo demostró un mejor rendimiento eléctrico.
• Se realizó un análisis detallado de la tensión en funcionamiento, la resistencia en funcionamiento, la tensión de avería y la distribución del campo eléctrico.
• Se investigaron las características de recuperación hacia adelante y hacia atrás, incluido el exceso de tensión, la dinámica de la portadora, la corriente máxima y el tiempo de recuperación.

Conclusiones:

• La terminación optimizada del borde es crucial para superar las limitaciones de tensión de ruptura en los diodos GaN P-i-N verticales.
• La estrategia de terminación de la placa de campo presentada ofrece un camino viable para mejorar el rendimiento del dispositivo.
• Esta investigación proporciona información valiosa para el diseño y desarrollo de dispositivos de potencia GaN de próxima generación.