在電力電子器件的外延生長和器件制備過程中，特別是對于具有凹槽結構的GaN基肖特基勢壘二極管（TMBS）而言，ICP刻蝕將不可避免地損傷材料的表面，產生大量的缺陷，最終犧牲器件的擊穿電壓、導通電阻等性能，同時影響器件的可靠性。近期，天津賽米卡爾科技有限公司技術團隊開發出了完備的缺陷信息數據庫，并對GaN基TMBS的界面特性進行了系統性研究，深入剖析了界面缺陷對GaN基TMBS器件性能的影響，并完善了圖1所展示的肖特基接觸界面附近存在的載流子傳輸機制模型。

圖1.肖特基接觸界面附近存在的載流子傳輸機制：①熱輻射過程，②鏡像力模型（虛線），③直接隧穿過程，④陷阱輔助隧穿過程，⑤ SRH非輻射復合過程。

同時，本司技術團隊還系統地研究了施主型缺陷（Donor-type traps）和受主型缺陷（Acceptor-type traps）對TMBS器件正向導通特性、反向漏電、擊穿電壓的影響，研究結果表明，主要來源于N空位的施主型缺陷是造成器件性能退化的主要原因。如圖2（a）-（e）所示，離化的施主型缺陷形成的正電荷中心，將會削弱電荷耦合效應，從而造成GaN基TMBS器件勢壘高度減小，漏電流提升，擊穿電壓降低。

圖2.理想的TMBS整流器和實際的TMBS整流器的（a）正向I-V特性曲線，（b）導帶分布和（c）反向I-V特性曲線；理想的TMBS整流器和實際的TMBS整流器的電場分布圖：（d）橫向分布（y=10.8μm），（e）縱向分布（x=4μm）。

為了有效地減小界面缺陷對器件性能的影響，技術團隊提出并設計了一種MIS型TMBS器件結構，如圖3（a）-（c）所示，該結構的金半接觸界面處設置有1 nm厚的Al2O3絕緣層，可以有效地提升器件的勢壘高度（qφs+qφT）；同時該模型中還準確地考慮了TMBS器件的界面缺陷模型，即側壁缺陷和界面態缺陷。圖3（d）展示了所設計的器件的反向IV特性曲線，可以發現設計有MIS結構的TMBS器件的反向漏電流顯著減小，擊穿電壓提升，例如相對于具有Pt電極的TMBS器件，具有Pt電極的MIS-TMBS器件的漏電流減小了近3個數量級，擊穿電壓從1200 V提升到3200 V。

圖3.（a）GaN基MIS-TMBS的結構示意圖；GaN基MIS-TMBS肖特基接觸界面附近存在的載流子傳輸機制：（b）正向偏置和（c）反向偏置；（d）具有不同的肖特基金屬電極的理想TMBS整流器和實際MIS-TMBS整流器的反向I-V特性曲線。

參考文獻

[1] "MIS-Based GaN Schottky Barrier Diodes: Interfacial Conditions on the Reverse and Forward Properties," IEEE Transactions on Electron Devices, 2022, doi: 10.1109/TED.2022.3201831.

審核編輯 黃昊宇