功率循环下GaN器件栅极可靠性研究

作     者：郭世龙 薛炳君 严焱津 汪文涛 

作者机构：三峡大学电气与新能源学院 

出 版 物：《现代电子技术》 (Modern Electronics Technique)

年 卷 期：2024年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主　　题：GaN器件 栅极可靠性 功率循环 阈值电压 栅极电容 加速老化 

摘      要：氮化镓（GaN）功率器件长期在高功率密度工况下运行，其栅极可靠性一直是关注的重点，栅极的退化会造成器件误导通以及增加导通损耗等问题。文中设计了一种直流功率循环装置，通过功率循环的方式加速器件老化。同时为了评估栅极可靠性，采用与栅极紧密相关的阈值电压(VTH)以及栅极电容(CGS)作为特征参量，设计VTH与CGS监测电路。实验研究了器件栅极的温度特性、恢复特性以及在十万次功率循环后的退化情况。结果表明：随着温度的增加，VTH正向漂移，漂移量超过10%，CGS则与温度解耦保持不变。器件在功率循环后VTH存在恢复现象，前10 min恢复超过70%，在3 h后保持稳定，CGS不存在恢复特性。所选两款GaN在十万次功率循环后特征参量发生不同程度的变化，表明器件栅极在功率循环后发生了一定程度退化。因此有必要在设计器件及应用时考虑温度及热应力冲击所造成的栅极性能退化，优化设计工艺以提高GaN器件可靠性。