【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微電子，特別涉及一種gan功率器件結構、結溫測試裝置。
技術介紹
1、近年來，隨著寬禁帶半導體材料的發展，gan(氮化鎵)因其獨特的物理和電子特性，已成為高性能功率電子器件的重要候選材料之一。gan功率器件，尤其是垂直型gan功率器件，因其在高電壓、大電流和高頻率應用中的顯著優勢而備受關注。傳統的平面型gan功率器件雖然已經取得了很大的進展，但在高壓和大電流應用中仍面臨著一些挑戰，如較高的導通電阻、有限的擊穿電壓以及較差的熱管理能力等問題。
2、為了解決這些問題，研究人員開發了一種新型的垂直型gan功率器件，該器件采用了超結復合結構設計。這種結構通過在漂移區內交替排列p型gan層和n型gan層，有效優化了電場分布，降低了導通電阻，并顯著提高了擊穿電壓。此外，該器件還采用了高性能的襯底材料，如n型sic，以及高質量的緩沖層，來進一步改善器件的性能和可靠性。
3、雖然超結復合結構已經能夠顯著提高擊穿電壓和降低導通電阻，但是如何通過調整p型和n型層的厚度和摻雜濃度來進一步優化電場分布，以提高擊穿電壓的同時降低導通電阻，仍然是一個值得探索的方向。垂直結構的設計雖然有助于改善熱管理，但是在高功率密度應用中，如何設計更有效的散熱系統，以確保器件在高功率密度應用中的長期穩定性和可靠性，仍然是一個重要的技術挑戰。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種gan功率器件結構、結溫測試裝置，能夠有效提高擊穿電壓，在更高的電壓下穩定工作，有助于減少器件工作時的溫
2、本專利技術的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：
3、一種gan功率器件結構，包括n型sic襯底，所述n型sic襯底的上端設置有緩沖層，所述緩沖層的上端設置有由高度摻雜的n型gan層形成的導通層，所述導通層的上端設置有由輕摻雜n型gan層形成的漂移區，在所述漂移區內設置有交替排列的p型gan層，每一p型gan層的下端均與所述導通層接觸，所述p型gan層與所述漂移區的n型gan層交替排列形成超結復合結構，所述漂移區的上端設置有由p型gan層形成的阻斷層，所述阻斷層的上端設置有由高度摻雜的n型gan層形成的源極接觸層，所述源極接觸層的上端向下刻蝕出延伸至所述漂移區的溝槽，所述溝槽內設置有絕緣層，所述絕緣層的上端沉積形成柵極，所述源極接觸層的上端沉積金屬形成源極，所述n型sic襯底的下端沉積金屬形成漏極金屬層。
4、進一步優選的，所述緩沖層為n型摻雜的aln層。
5、進一步優選的，所述絕緣層采用sio2作為金屬材料。
6、進一步優選的，所述柵極采用ti作為金屬材料。
7、進一步優選的，所述源極采用al作為金屬材料。
8、進一步優選的，所述漏極金屬層采用cu作為金屬材料。
9、本專利技術還提供一種結溫測試裝置，用于對上述gan功率器件結構進行結溫測試，包括控制模塊、電壓產生模塊、電流產生模塊以及電壓測量模塊,所述電壓產生模塊分別連接所述柵極和所述控制模塊,所述電流產生模塊連接于所述源極和所述漏極金屬層的兩端，同時連接所述控制模塊,所述電壓測量模塊連接于所述源極和所述漏極金屬層的兩端，同時連接所述控制模塊,所述控制模塊用于輸出對應的控制指令至所述電壓產生模塊、所述電流產生模塊以及電壓測量模塊，并根據測量到的所述源極和所述漏極金屬層兩端電壓確定所述gan功率器件的結溫。
10、綜上所述，本專利技術具有以下有益效果：
11、其一、提高擊穿電壓：通過在漂移區內交替排列p型gan層和n型gan層形成的超結復合結構，能夠優化電場分布，從而顯著提高器件的擊穿電壓。這意味著器件能夠在更高的電壓下穩定工作，適用于高壓功率轉換應用。
12、其二、降低導通電阻：超結復合結構能夠減少漂移區的電阻，從而降低器件在導通狀態下的導通電阻。較低的導通電阻意味著更低的能量損耗，提高了整體能效。
13、其三、改善熱管理：垂直結構的設計使得電流從器件的頂部到底部流動，有助于改善熱管理。使用具有良好熱導率的襯底材料，如n型sic，可以有效提高散熱效率，從而減少器件工作時的溫度升高，延長器件壽命。
14、其四、提高可靠性：采用高質量的緩沖層，如aln層，可以減少界面缺陷，提高材料的整體質量。這有助于減少器件在長時間工作過程中出現的故障，從而提高器件的可靠性。
15、其五、支持高頻率操作：gan材料固有的高電子遷移率使得垂直型gan功率器件能夠支持高頻率操作，這對于現代電力電子系統來說非常重要，因為它可以減小外部無源元件的尺寸和重量，提高系統的整體性能。
16、其六、適用于高功率密度應用：垂直型gan功率器件的這些特性使其非常適合用于高功率密度的應用場景，如電動汽車充電系統、太陽能逆變器、不間斷電源(ups)和數據中心電源管理系統等。
17、其七、本專利技術的結溫測試裝置由于注入至源漏極金屬層間的電流為脈沖電流，電流值可以設置為較大值，一方面解決了小電流注入導致的測試電壓過低，抗電噪聲干擾能力差，整體測試精度低的問題，另一方面由于脈沖電流導通時間較短，因此避免大電流注入導致的引入額外熱量過多的問題，提高了結溫測試的精準度。
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1.一種GaN功率器件結構，包括N型SiC襯底(1)，其特征在于：所述N型SiC襯底(1)的上端設置有緩沖層(2)，所述緩沖層(2)的上端沉積金屬形成漏極金屬層(11)，所述漏極金屬層(11)的上端設置有由高度摻雜的N型GaN層形成的導通層(3)，所述導通層(3)的上端設置有由輕摻雜N型GaN層形成的漂移區(4)，在所述漂移區(4)內設置有交替排列的P型GaN層(5)，每一P型GaN層的下端(5)均與所述導通層(3)接觸，所述P型GaN層(5)與所述漂移區(4)的N型GaN層交替排列形成超結復合結構，所述漂移區(4)的上端設置有由P型GaN層形成的阻斷層(6)，所述阻斷層(6)的上端設置有由高度摻雜的N型GaN層形成的源極接觸層(7)，所述源極接觸層(7)的上端向下刻蝕出延伸至所述漂移區(4)的溝槽，所述溝槽內設置有絕緣層(8)，所述絕緣層(8)的上端沉積形成柵極(9)，所述源極接觸層(7)的上端沉積金屬形成源極(10)。
2.根據權利要求1所述的一種GaN功率器件結構，其特征在于：所述緩沖層(2)為N型摻雜的AlN層。
3.根據權利要求1所述的一種GaN
4.根據權利要求1所述的一種GaN功率器件結構，其特征在于：所述柵極(9)采用Ti作為金屬材料。
5.根據權利要求1所述的一種GaN功率器件結構，其特征在于：所述源極(10)采用Al作為金屬材料。
6.根據權利要求1所述的一種GaN功率器件結構，其特征在于：所述漏極金屬層(11)采用Cu作為金屬材料。
7.一種結溫測試裝置，用于對上述權利要求1-6任意一項所述的一種GaN功率器件結構進行結溫測試，其特征在于：包括控制模塊(12)、電壓產生模塊(13)、電流產生模塊(14)以及電壓測量模塊(15),所述電壓產生模塊(13)分別連接所述柵極(9)和所述控制模塊(12),所述電流產生模塊(14)連接于所述源極(10)和所述漏極金屬層(11)的兩端，同時連接所述控制模塊(12),所述電壓測量模塊(15)連接于所述源極(10)和所述漏極金屬層(11)的兩端，同時連接所述控制模塊(12),所述控制模塊(12)用于輸出對應的控制指令至所述電壓產生模塊(13)、所述電流產生模塊(14)以及電壓測量模塊(15)，并根據測量到的所述源極(10)和所述漏極金屬層(11)兩端電壓確定所述GaN功率器件的結溫。
...【技術特征摘要】
1.一種gan功率器件結構，包括n型sic襯底(1)，其特征在于：所述n型sic襯底(1)的上端設置有緩沖層(2)，所述緩沖層(2)的上端沉積金屬形成漏極金屬層(11)，所述漏極金屬層(11)的上端設置有由高度摻雜的n型gan層形成的導通層(3)，所述導通層(3)的上端設置有由輕摻雜n型gan層形成的漂移區(4)，在所述漂移區(4)內設置有交替排列的p型gan層(5)，每一p型gan層的下端(5)均與所述導通層(3)接觸，所述p型gan層(5)與所述漂移區(4)的n型gan層交替排列形成超結復合結構，所述漂移區(4)的上端設置有由p型gan層形成的阻斷層(6)，所述阻斷層(6)的上端設置有由高度摻雜的n型gan層形成的源極接觸層(7)，所述源極接觸層(7)的上端向下刻蝕出延伸至所述漂移區(4)的溝槽，所述溝槽內設置有絕緣層(8)，所述絕緣層(8)的上端沉積形成柵極(9)，所述源極接觸層(7)的上端沉積金屬形成源極(10)。
2.根據權利要求1所述的一種gan功率器件結構，其特征在于：所述緩沖層(2)為n型摻雜的aln層。
3.根據權利要求1所述的一種gan功率器件結構，其特征在于：所述絕緣層(8)采用sio2作為金屬...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙垚澎，羅攀，楊磊，文海兵，高翔，王建淵，郭祥，周琳，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：
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