p-NiO插入终端结合MOS结构实现高性能GaN基SBD
依托先进的半导体tcad仿真平台，天津赛米卡尔科技有限公司技术团队设计了一种具有p-nio插入终端结合侧壁mos场板的混合式肖特基势垒二极管结构（hybrid tmbs），期望通过该设计能同时改善传统gan基sbd的正向导通特性和反向击穿特性。
图1展示了技术团队设计的hybrid tmbs器件结构（device a3），该结构的设计核心是利用p-nio插入终端结合侧壁场板mos结构形成混合式肖特基势垒二极管结构。如图2（a）所示，该设计方案，在器件正向偏置时，具有更高的电流密度，这主要归功于引入的p-nio插入终端可以有效地改善器件的电流拥挤效应，使器件台面底部附近的电流分布更均匀，从而减小器件的导通电阻 [图2（b），（c）和（d）]。此外，图2（e）和（f）中台面底部附近横截的能带图也展示了对于参考器件而言存在0.42 ev的电子势垒，而hybrid tmbs器件结构则不存在所谓的势垒，这很直观地证明了hybrid tmbs器件结构可以有效地促进电子向器件两侧输运，从而增强器件的电流扩展。
图1. gan基混合式肖特基势垒二极管的结构示意图
图2.（a）器件a3、平面sbd和tmbs器件以及p-nio/n-gan二极管的正向i-v特性曲线；（b）tmbs器件和器件a3于台面底部附近的横截电流密度分布图（vf = 3 v）；（c）tmbs器件和（d）器件a3的二维正向电流密度分布图；（e）tmbs器件和（f）器件a3台面底部位置附近的横截能带分布图（vf = 3 v）
除此之外，如图3（a）所示，当器件外加反向偏置时，hybrid tmbs器件结构能实现更高的击穿电压。这是由于当器件处于反向偏置时，p-nio/n-gan形成反偏pn结，可以有效地分担大部分电场，从而增强器件的电荷耦合效应，进而削弱金半接触界面以及台面拐角处的强电场，如图 3（c）和（d）所示。 另外，从图3（b）中的二维电场分布和二维漏电流分布图中也可以很直观地看出p-nio插入终端结合侧壁场板mos结构可以有效地减小金半接触界面的电场分布，从而降低由镜像力效应引起的漏电流。
基于前期的仿真结果，技术团队优化了器件架构，目前实验验证工作正在开展，初步的测试结果与仿真结果实现了高度的吻合。该研究成果丰富了gan、gao、sic基sbd的技术模型，为研发更高性能的sbd提供了有力的研究基础。
图3.（a）器件a3、平面sbd和tmbs器件的反向i-v特性曲线；（b1）tmbs器件和（b2）器件a3的二维电场分布图（vr = -1300 v）；（b3）tmbs器件和（b4）器件a3的二维电流密度分布图（vr = -1300 v）；（c）台面底部位置附近的横截电场分布图（vr = -1300 v）；（d）沿肖特基接触界面位置向下的纵切电场分布图（vr = -1300 v）
该成果最近被应用物理领域权威sci期刊japanese journal of applied physics， 61, 014002 (2022)收录。
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图1. gan基混合式肖特基势垒二极管的结构示意图
图2.（a）器件a3、平面sbd和tmbs器件以及p-nio/n-gan二极管的正向i-v特性曲线；（b）tmbs器件和器件a3于台面底部附近的横截电流密度分布图（vf = 3 v）；（c）tmbs器件和（d）器件a3的二维正向电流密度分布图；（e）tmbs器件和（f）器件a3台面底部位置附近的横截能带分布图（vf = 3 v）
除此之外，如图3（a）所示，当器件外加反向偏置时，hybrid tmbs器件结构能实现更高的击穿电压。这是由于当器件处于反向偏置时，p-nio/n-gan形成反偏pn结，可以有效地分担大部分电场，从而增强器件的电荷耦合效应，进而削弱金半接触界面以及台面拐角处的强电场，如图 3（c）和（d）所示。 另外，从图3（b）中的二维电场分布和二维漏电流分布图中也可以很直观地看出p-nio插入终端结合侧壁场板mos结构可以有效地减小金半接触界面的电场分布，从而降低由镜像力效应引起的漏电流。
基于前期的仿真结果，技术团队优化了器件架构，目前实验验证工作正在开展，初步的测试结果与仿真结果实现了高度的吻合。该研究成果丰富了gan、gao、sic基sbd的技术模型，为研发更高性能的sbd提供了有力的研究基础。
图3.（a）器件a3、平面sbd和tmbs器件的反向i-v特性曲线；（b1）tmbs器件和（b2）器件a3的二维电场分布图（vr = -1300 v）；（b3）tmbs器件和（b4）器件a3的二维电流密度分布图（vr = -1300 v）；（c）台面底部位置附近的横截电场分布图（vr = -1300 v）；（d）沿肖特基接触界面位置向下的纵切电场分布图（vr = -1300 v）
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