Step Graded Floating Island Embedded Drift Design Engineering for High-Performance Vertical Power Devices

肖特基二极管 击穿电压 瞬态(计算机编程) 二极管 光电子学 功率(物理) 材料科学 电气工程 功勋 电压 拓扑(电路) 计算机科学 电子工程 物理 工程类 操作系统 量子力学
作者
Rashid Jamal,Partha Sarathi Gupta,Hafizur Rahaman
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (12): 6190-6195
标识
DOI:10.1109/ted.2023.3321704
摘要

In this article, we propose a new floating layer embedded drift design engineering to enhance the static Baliga’s figure of merit (BFOM) of the GaN Schottky barrier diode (SBD) by modulating the electric field profile. Introducing a novel step graded double-layered p-GaN floating island (FI) inside the drift region boosts the breakdown voltage (BV) of GaN-SBD from 2078 to 2426 V without any noticeable ON performance degradation. The design parameters of FIs are systematically optimized to obtain the optimal BFOM using Silvaco TCAD. The maximum BFOM of 8.22 GW/cm $^{\text{2}}$ can be obtained, representing a notable 34.8% improvement compared to conventional single-layered FI GaN SBD. Meanwhile, the proposed structure exhibits fast switching characteristics with a zero reverse recovery time (8 ns) under 400 V/8 A operation conditions. Furthermore, a 10-ms surge transient thermal ruggedness test was conducted, and the 9 A of the peak surge current was obtained. Overall, this structure makes a decisive contribution to reaching the promise of GaN SBD for high-power applications.
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