6500-V E-mode Active-Passivation p-GaN Gate HEMT with Ultralow Dynamic RON

高电子迁移率晶体管 钝化 光电子学 材料科学 模式(计算机接口) 氮化镓 宽禁带半导体 电气工程 计算机科学 晶体管 图层(电子) 纳米技术 工程类 电压 操作系统
作者
Jia Cui,Jin Wei,Maojun Wang,Yanlin Wu,Junjie Yang,Teng Li,Jingjing Yu,Yang Han,Xuelin Yang,Jinyan Wang,Xiaosen Liu,Daisuke Ueda,Bo Shen
标识
DOI:10.1109/iedm45741.2023.10413742
摘要

This work demonstrates the E-mode active-passivation p-GaN gate HEMTs (AP-HEMTs) on sapphire substrate with blocking capabilities up to 6500 V. The AP-HEMT features an active passivation (i.e. a thinned p-GaN layer) extending from the gate edge towards near the drain contact. The 2DEG under the p-GaN gate and the active passivation is fully depleted at zero gate bias, resulting in E-mode operation with a V th = 0.8 V at I D = 10 μA/mm. With a positive V GS of 3.5 V, the AP-HEMT with L GD = 77 μm presents an R ON of 38.2 Ω-mm, and R ON,SP of 33.62 mΩ·cm 2 . In the OFF-state, the active passivation is depleted from the drain side towards the gate edge. For L GD = 77 μm, the AP-HEMT presents a high breakdown voltage of 6573 V, resulting in a FOM (BV 2 /R ON ) of 1.29 GW/cm 2 that approaches the SiC limit. In the AP-HEMT, the effect of surface charges is screened by the active passivation layer, resulting in ultralow dynamic R ON . For the AP-HEMT with L GD = 77 μm, the measured dynamic R ON /static R ON is 1.15 after a 10-ms 3000-V V DS-OFF stress (delay time = 150 μs) and 1.02 after a 3-s 4500-V V DS-OFF stress (delay time = 300 ms). The results demonstrate that the active passivation can extend the E-mode p-GaN gate HEMT technology to kV-level applications.
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