マルチドリフト層とフィールドプレート端末構造を持つGaN P-i-Nダイオードの設計とTCADシミュレーション

科学分野:

• 材料科学
• 電気工学
• 半導体物理学

背景:

• 垂直ガリウム窒素 (GaN) P-i-Nダイオードは,優れた高電圧性能,迅速なスイッチング,低伝導損失を提供します.
• 装置のエッジに電場が混じりあうことは,これらのダイオードの故障電圧を大幅に制限します.

研究 の 目的:

• 縦のGaN P-i-Nダイオードのための様々なエッジ・ターミネーション技術を体系的に評価する.
• フィールドプレート端末を備えた最適化された多層ドリフトGaN P-i-Nダイオードを提示する.
• 高性能のGaN電源装置の実践的な設計ガイドラインを提供すること.

主な方法:

• デバイスのシミュレーションと分析のためのSilvaco TCAD (2019) ツールを使用した.
• 深いエッチングメサ,ベーヴェルメサ,フィールド・プレート・エッジ・ターミネーション・コンフィギュレーションを評価した.
• 変化する温度下での前向きの伝導,逆の分解,およびスイッチング性能を分析した.

主要な成果:

• フィールドプレート端末を搭載した最適化された多層ドリフトGaN P-i-Nダイオードにより,電気性能が向上した.
• オン状態の電圧,オン抵抗,故障電圧,および電場分布の詳細な分析が行われました.
• フォワードとリバースの回復特性,電圧の超え,キャリアダイナミクス,ピーク電流,および回復時間が調査されました.

結論:

• 縦のGaN P-i-Nダイオードの故障電圧の制限を克服するために最適化されたエッジ終了は不可欠です.
• フィールド・プレート・ターミネーション戦略は,デバイスの性能を向上させるための実行可能な経路を提供します.
• この研究は,次世代のGaN電源装置の設計と開発のための貴重な洞察を提供します.