陳敬:穩定可靠的GaN異質結構功率器件



SSLCHINA2015陳敬：穩定可靠的GaN異質結構功率器件

　　作為中國地區最具國際影響力的半導體照明及智能照明行業年度盛會，以及業界最為關注的論壇之一，第十二屆中國國際半導體照明論壇(SSLCHINA 2015)將於2015年11月2-4日在深圳會展中心舉辦，論壇緊扣時代發展脈搏與產業發展趨勢，以「互聯時代的LED+」為大會主題，探討產業發展大勢。解讀產業新政策，推薦產業新技術、新應用，引導和解決產業發展共性問題。

　　本屆大會特邀科技部副部長、國家製造強國建設領導小組副組長曹健林擔任中方主席，外方主席為國際照明委員會（CIE）主席Yoshi Ohno，組委會秘書長為國際半導體照明聯盟(ISA)主席、國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）秘書長吳玲。目前，嘉賓邀請、論文徵集、贊助招募、觀眾邀請等正在火熱進行中。

　　隨著半導體照明產業的迅猛發展以及LED技術及產品的廣泛應用，支撐LED光電器件的核心材料氮化鎵(GaN)以及碳化矽(SiC)等寬禁帶化合物為代表的第三代半導體材料技術及應用正在成為全球半導體產業新的戰略高地。

　　作為繼第一代鍺、矽元素半導體和第二代以GaAs、InP為代表的化合物半導體之後發展起來的新興半導體材料，第三代半導體材料已經展現出極其重要和具有戰略性的應用價值，有望突破第一、二代半導體材料應用技術的一些發展瓶頸，創新開拓時代需求的新技術領域，不僅在信息領域而且進入到能源領域發揮極為重要的作用，第三代半導體材料也成為國家科技部重點部署的研究領域。

　　當前，各國政府紛紛加緊了在第三代半導體領域的部署，技術逐步成熟，應用市場已經

　　開始啟動。從集中在國防領域，逐步向軌道交通、電動汽車、消費電子等領域滲透。CSA Research預計在2015年左右，第三代半導體產業將開始加速成長，並將在2020年左右進入高速發展期，屆時將催生巨大市場應用空間。隨著技術的發展，第三代半導體材料將會在電動汽車、雷達、殺毒、電網等應用領域取得新的突破。

　　第三代半導體材料尚屬發展中的新興材料，據組委會最新消息，技術分會P208「第三代半導體材料及應用」主席，香港科技大學電子與計算機工程系教授陳敬將在會上分享提高GaN異質結構功率器件穩定性和可靠性的研究成果。

香港科技大學電子與計算機工程系教授 陳敬

　　寬禁帶GaN功率開關器件因其能夠實現低損耗傳導、高頻轉換和高溫作業而在製造高轉換效率緊湊型功率轉換系統中有很高的需求。由於製造成本較低，Si基GaN橫向異質結場效應電晶體目前是產品開發的重點，其中常開型FET被用於混合型（即，低壓Si MOSFET和高壓GaN FET）共源共柵結構，而常關型GaN FET被用於僅採用GaN的解決方案。

　　GaNMIS-HEMT（金屬-絕緣層-半導體HEMT）或MOSC-HEMT（MOS-通道HEMT）具有抑制柵洩漏和擴大柵擺動的優勢，因而在高壓電源開關方面比傳統肖特基柵HEMT更為受歡迎。然而，柵極絕緣層的添加能夠產生新的電介質/ III-N界面，由於在界面上通常存在高密度（1012–1014 cm-2eV-1）淺阱和深阱（含短和長發射時間常數τit）。這些阱的動態充電/放電過程將導致閾值電壓（VTH）的不穩定性。此外，柵極絕緣層內的體缺陷，尤其是重要電介質/ III-N界面附近的邊界陷阱，會緩慢限制/釋放在前向或反向柵偏壓應力下的載體，導致VTH的漸變及可能的柵失效。

　　在論壇報告中，陳敬教授將介紹幾種使得GaN MIS-HEMT及MOSC-HEMT的柵極絕緣層的穩定性及可靠性得以增強的技術。具體包括：（1）在電介質與GaN間構造低陷阱密度界面的氮化界面層（NIL）技術；（2）常關型GaN電晶體的NIL、柵槽與氟離子注入的整合；（3）LPCVD（低壓化學氣相沉積）製備的低洩露長壽命SiNx柵極絕緣層。

　　陳敬教授1988年獲得北京大學學士學位，1993年獲得美國馬裡蘭大學帕克分校博士學位。曾在日本NTT LSI實驗室和美國安捷倫科技從事III-V高速器件技術研發工作。自2000年起在香港科技大學任教，現為電子和計算機工程系正教授。他曾在國際期刊和會議論文集中發表300餘篇論文，在GaN電子器件技術方面曾獲得9項美國專利授權。

　　他所帶領的團隊目前的研究重點在於開發電力電子、無線電/微波及耐高溫電子應用等方面的GaN器件技術。他是IEEE會士，現為IEEE電子器件學會複合半導體器件與IC技術委員會成員。2013年，陳教授曾擔任《IEEE電子器件彙刊》「GaN電子器件」特刊的特邀編委。此外，他還擔任《IEEE電子器件彙刊》、《IEEE微波理論與技術彙刊》及《日本應用物理雜誌》的編輯。