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  • 松下公布耐压高达1万伏以上的GaN晶体管技术
    http://www.ic72.com 发布时间:2007/12/21 16:09:00

      据日经BP社报道,松下开发出了耐压高达1万400V、采用GaN类半导体的晶体管。这一数值相当于之前GaN类晶体管的最大值“1900V的5倍以上”。用途方面,设想用于配备在电车和产业用电力设备(电压高达几千V)中的马达驱动电路等。导通电阻仅为183mΩcm2,与采用硅制晶体管确保1万伏耐压的方式相比,新产品的导通电阻仅为其1/10左右。导通电阻越小,越有利于降低耗电量。

      此次开发的成果为松下电器产业在电子元件技术国际会议“2007 IEEE International Electron Devices Meeting(2007 IEDM)”上发布的。结合在“2007 IEDM”上的发布,松下电器产业此次又公布了实现1万伏耐压的技术。

      通过采用贯通电极和提高结晶质量来实现

      通过在蓝宝石底板上采用贯通电极、提高GaN结晶质量,实现了1万伏以上的耐压。为了提高耐压,一般需要延长栅电极和漏电极之间的距离。不过,如果漏极电压采用高电压,绝缘膜就有可能遭到破坏,因此即使延长了栅电极和漏电极的距离,耐压的提高也是有限度的。因此,此次通过采用贯通电极,防止绝缘膜遭到破坏。

      绝缘膜有可能遭到破坏,是因为在原来的GaN类结晶管中,缠绕在漏电极周围的布线将源极和漏极重叠在了一起。此时如果向漏极输入高电压,漏极布线和源极之间甚至漏极布线和栅极之间,将会产生强电场。因此,缠绕在漏极周围的布线和源极之间的绝缘膜、或是漏极布线和栅极之间的绝缘膜均有可能遭到破坏。

      因此,松下电器产业此次采用贯通电极,改变了漏极布线的路径,以避免经过源极和栅极。通过贯通孔,不仅可在表面使用漏极,还可在背面使用。要想在蓝宝石底板上设置贯通孔,必须照射皮秒(ps)激光。这种加工方法虽然普通,但是半导体工艺中导入尚属首次。另外,由于蓝宝石底板的绝缘性较高,因此可轻松减轻底板背面和元件表面之间的绝缘破坏。

      另一方面,通过改进结晶生长条件、消除位错(Dislocation)等缺陷,实现了GaN结晶的高质量化。其中,大幅提高了沟道层(电子迁移)与最表面层(形成电极)的结晶质量。

      另外,耐压和导通电阻以外的性能指标如下。栅极和漏极之间的距离为125μm,栅极长2μm。元件厚度为150μm左右。当栅极电压为1V左右,漏极电压为20V左右时,漏极电流为150mA/mm 。

      今后,松下电器产业计划加紧研究进一步减小导通电阻、实现常开(Normally Off,正常处于断开)动作等课题。目前开发品的阈值电压为-4V,已实现了常闭(Normally On,正常处于接通)动作。


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