氮化鎵功率器件 材料、應用及可靠性

原書前言
第1章GaN的特性及優(yōu)點1
1.1總體背景1
1.2GaN材料2
1.3極化效應5
1.4GaN基FET8
1.5天然超級結(jié)(NSJ)結(jié)構(gòu)10
1.6導通電阻和擊穿電壓13
1.7低壓器件14
1.8高壓器件18
1.9GaN垂直功率器件的未來研究21
參考文獻22
第2章襯底和材料24
2.1襯底概述25
2.2金屬有機化學氣相沉積26
2.2.1半絕緣(S.I.)的(Al,Ga)N層的制造28
2.2.2n型和p型摻雜29
2.2.3AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)30
2.3陷阱和色散31
2.4橫向功率開關(guān)器件外延結(jié)構(gòu)的制備31
2.4.1硅襯底上電流阻斷層的沉積32
2.4.2碳化硅襯底上電流阻斷層的沉積33
2.4.3藍寶石襯底上電流阻斷層的沉積33
2.4.4柵控層生長35
2.5垂直器件35
2.6展望39
2.6.1InAlN和AlInGaN墊座層39
2.6.2基于非c面GaN的器件40
參考文獻41
第3章Si上GaN CMOS兼容工藝47
3.1Si上GaN外延47
3.2Si上GaN無Au工藝49
3.3無Au歐姆接觸54
3.3.1AlGaN勢壘層凹槽55
3.3.2歐姆合金優(yōu)化55
3.3.3Ti/Al比56
3.3.4歐姆金屬堆疊底部的Si層57
3.4Ga污染問題58
3.5結(jié)論61
參考文獻61
第4章橫向GaN器件的功率應用（從kHz到GHz）62
4.1簡介62
4.2AlGaN/GaN HEMT的歷史62
4.3色散的處理64
4.4用于毫米波的GaN66
4.5N極性GaN發(fā)展的歷史回顧69
4.6電力電子中GaN的應用77
4.7結(jié)論83
參考文獻83
第5章垂直GaN技術(shù)——材料、器件和應用91
5.1引言91
5.2器件拓撲93
5.2.1垂直器件與橫向器件的比較93
5.3CAVET的演變95
5.4CAVET設計97
5.4.1器件成功運行所需的關(guān)鍵部分的討論97
5.5CAVET的關(guān)鍵組成部分99
5.5.1電流阻斷層103
5.5.2性能和成本105
5.6體GaN襯底的作用106
5.7RF應用的CAVET107
5.8結(jié)論107
參考文獻108
第6章GaN基納米線晶體管110
6.1簡介110
6.1.1自下而上的納米線器件：GaN納米線場效應晶體管111
6.1.2自上而下的納米線器件113
6.2三柵GaN功率MISFET114
6.2.1三柵GaN功率晶體管的其他考慮116
6.3用于RF應用的納米線：增加gm的線性度120
6.4納米結(jié)構(gòu)的GaN肖特基勢壘二極管122
6.4.1GaN SBD的納米結(jié)構(gòu)陽極123
6.5結(jié)論126
參考文獻127
第7章深能級表征：電學和光學方法130
7.1簡介130
7.2DLTS和DLOS基礎(chǔ)131
7.2.1C-DLTS132
7.2.2C-DLOS133
7.2.3C-DLTS和C-DLOS對HEMT的適用性134
7.2.4I-DLTS和I-DLOS135
7.3DLTS和DLOS在GaN HEMT中的應用137
7.3.1利用填充脈沖對陷阱進行空間定位137
7.3.2利用測量偏差對陷阱進行空間定位140
7.3.3測量空間局限性的陷阱的其他方法142
7.4結(jié)論143
參考文獻144
第8章GaN HEMT的建模：從器件級仿真到虛擬原型146
8.1簡介146
8.2器件級仿真148
8.2.1脈沖模式行為149
8.3非優(yōu)化的緩沖技術(shù)150
8.4優(yōu)化的緩沖層工藝154
8.4.1AC電容155
8.4.2關(guān)斷態(tài)擊穿157
8.5Spice模型開發(fā)和校準159
8.6應用板的特性和仿真161
8.6.1正常關(guān)斷pGaN晶體管163
8.6.2正常開啟HEMT：共源共柵設計165
8.7結(jié)論170
參考文獻171
第9章GaN基HEMT中限制性能的陷阱：從固有缺陷到常見雜質(zhì)173
9.1表面相關(guān)的俘獲177
9.2Fe摻雜的影響179
9.2.1深能級E2的特性及Fe摻雜的影響180
9.2.2E2陷阱的起源182
9.2.3電應力對俘獲機制的影響183
9.3C摻雜的影響185
9.4金屬絕緣體半導體高電子遷移率晶體管(MIS-HEMT)的俘獲機制193
9.4.1正柵極偏壓引起的俘獲193
9.4.2快俘獲和慢俘獲機理分析195
9.4.3提高俘獲效應的材料和沉積技術(shù)196
參考文獻199
第10章硅上共源共柵GaNHEMT：結(jié)構(gòu)、性能、制造和可靠性209
10.1共源共柵GaN HEMT的動機和結(jié)構(gòu)209
10.2共源共柵GaN HEMT的功能和優(yōu)點210
10.3共源共柵GaN HEMT的關(guān)鍵應用和性能優(yōu)勢211
10.3.1無二極管半橋結(jié)構(gòu)211
10.3.2柵極驅(qū)動的考慮212
10.4市場上的產(chǎn)品213
10.5應用和主要性能優(yōu)勢214
10.5.1圖騰柱功率因數(shù)校正（PFC）電路214
10.5.2PV逆變器215
10.5.3帶GaN AC-DC PFC和全橋諧振開關(guān)LLC DC-DC變換器的一體式電源216
10.6共源共柵GaN HEMT的認證和可靠性217
10.6.1JEDEC認證218
10.6.2擴展的認證/可靠性測試218
10.6.3工作和本征壽命測試219
10.7卓越制造221
10.8單片上的E模式GaN222
10.9未來展望223
10.9.1下一代產(chǎn)品223
10.9.2知識產(chǎn)權(quán)考慮223
10.9.3小結(jié)223
參考文獻224
第11章柵注入晶體管：E模式工作和電導率調(diào)制225
11.1GIT的工作原理225
11.2GIT的DC和開關(guān)性能228
11.3關(guān)于GIT可靠性的研究231
11.4GIT在實際開關(guān)系統(tǒng)中的應用234
11.5面向未來電力電子的先進GIT技術(shù)237
11.6結(jié)論240
參考文獻240
第12章氟注入E模式晶體管242
12.1簡介：III-氮化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的氟：Vth魯棒性控制242
12.2氟注入的物理機制243
12.2.1F等離子體離子注入的原子模型243
12.2.2AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)中F離子的穩(wěn)定性245
12.2.3F離子周圍的電子結(jié)合能247
12.3F離子注入E模式GaNMIS—HEMT249
12.3.1GaN MIS—HEMT249
12.3.2帶有部分凹槽的F離子注入勢壘層的GaNMIS—HEMT252
12.3.3GaN智能功率芯片255
12.4結(jié)論259
參考文獻260
第13章GaN高壓功率晶體管的漂移效應262
13.1簡介262
13.2漂移效應及其物理機制262
13.2.1概述262
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