Dispositivos de potencia verticales de nitruro de galio: Fabricación y caracterización

Título original:

Vertical Gallium Nitride PowerDevices: Fabrication and Characterisation

Contenido del libro:

La conversión eficiente de la potencia es esencial para hacer frente al continuo aumento del consumo energético de nuestra sociedad. Los transistores verticales de efecto de campo basados en GaN ofrecen unas prestaciones excelentes para los conmutadores de conversión de potencia, debido a su capacidad para manejar tensiones y densidades de corriente elevadas con un consumo de área muy reducido.

Este trabajo se centra en un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET) de puerta de zanja vertical con ventajas conceptuales en la fabricación de un dispositivo precedido de epitaxia de GaN y características de modo de mejora. La pila de capas funcionales comprende desde la parte inferior una secuencia de capas de GaN n+/n--drift/p-body/n+-source. Se presta especial atención al dopado con Mg de la capa de cuerpo de p-GaN, que es un tema complejo en sí mismo.

La pasivación de hidrógeno del magnesio desempeña un papel esencial, ya que sólo la concentración de Mg activo (libre de hidrógeno) determina la tensión umbral del MOSFET y la capacidad de bloqueo del diodo de cuerpo. Los retos específicos de fabricación del concepto están relacionados con la integración compleja, la formación de contactos óhmicos con las capas funcionales, la implementación específica y el esquema de procesamiento del módulo de trinchera de puerta y la terminación del borde lateral. Se calcula que el campo eléctrico máximo alcanzado en la unión pn del diodo de cuerpo del MOSFET es de unos 2,1 MV/cm.

De las mediciones de transferencia de doble barrido con histéresis relativamente pequeña, pendiente subumbral pronunciada y un voltaje umbral de 3 - 4 V se desprende una calidad de interfaz Al2O3/GaN razonablemente buena. En el estado conductivo se estima una movilidad de canal de unos 80 - 100 cm /Vs. Este valor es comparable al del dispositivo con sobrecrecimiento adicional del canal.

Se espera una mejora adicional de las características en estado OFF y ON mediante la optimización de la terminación del dispositivo y de la interfaz de alto k/GaN de la puerta de zanja vertical, respectivamente. A partir de los resultados obtenidos y las dependencias, se obtienen las cifras clave de un dispositivo competitivo y eficiente en términos de área.