650V硅基GaN器件总剂量电离辐射损伤效应研究开题报告

1. 研究目的与意义

受制于硅材料的特性和器件的封装技术,硅功率器件的动静态性能进-步优化的空间有限，难以满足未来开关电源高效率和高功率密度的需求。

因此需要高频性能表现更加优异的新型器件。

在宽禁带半导体中,氮化镓功率器件是典型代表。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：1.硅基gan功率电力电子器件问题在理论上gan基器件具有很强的抗辐照特性，但是由于受到目前材料质量、器件工艺水平和器件结构等因素的影响,使得目前gan基器件还远没有体现出gan基材料抗辐照方面的优势。

因此对gan基材料和器件的辐射效应进行研究,通过工艺的改进和优化进一步提高gan基hemt器件的抗辐射特性以发挥gan材料的优势成为一-项重要的研究内容。

2.总剂量辐射电离损伤效应引起的问题（1）总剂量辐射电离损伤对于650v硅基gan器件阈值电压的影响（2）总剂量辐射电离损伤对迁移率的影响（3）总剂量辐射电离损伤对驱动电路的影响（4）对650v硅基gan器件进行总剂量辐射电离损伤效应研究

3. 国内外研究现状（文献综述）

近年来gan功率器件已经成为了学术界和工业界共同关注和着力研发的热点，特别是si基gan功率器件己成为gan在未来功率电子应用中的首选技术方案，原因如下:（1）从理论上来讲，与硅类功率器件的性能相比，gan功率器件的性能具有十分明显的优势。

首先，转换效率很高，gan的禁带宽度是硅的3倍，临界击穿电场是硅10倍，因此，同样额定电压的gan功率器件的导通电阻比硅器件低1000倍左右，大大降低了开关的导通损耗;其次，工作频率很高，gan 的电子渡越时间比硅低10倍，电子速度比在硅中高2倍以上，反向恢复时间基本可以忽略，因此gan开关功率器件的工作频率可以比硅器件提升至少20倍，大大减小了电路中储能元件如电容、电感的体积，从而成倍地减小设备体积，减少铜等贵重原材料消耗,开关频率高还能减少开关损耗，进一步降低电源总的能耗;第三，工作温度很高, gan的禁带宽度高达3.4ev,本征电子浓度极低，电子很难被激发，因此理论上gan器件可以工作在800摄氏度以上的高温。

除了上述的gan功率器件本身的性能优势外，还有如下原因:首先，si的价格低，具有明显的价格优势;其次，通过外延技术可在更大尺寸的si衬底上得到gan外延片，为gan功率器件的产业化与商业化提供了更大的成本优势;第三，大尺寸的gan-on-si晶圆可使用已有的成熟的si工艺技术和设备，实现大批量的低成本的gan器件制造;最后，si基gan器件可与si基的光电器件和数控电路等集成，利于形成直接面对终端应用的功能性模块。

4. 研究方案

1：课题任务要求本课题的主要要求成果为650v硅基gan器件总剂量电离辐射损伤效应研究在实验前，首先了解硅基gan半导体的基本构造和工作原理，总剂量电离辐射损伤效应的内容，氮化镓功率器件辐射效应基本特性及其损伤机理。

2：基本概念gan是极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点约为1700℃，gan具有高的电离度，在ⅢⅤ族化合物中是最高的（0.5或0.43）。

在大气压力下，gan晶体一般是六方纤锌矿结构。

5. 工作计划

第1～2周：文献调研第3～4周：器件辐射实验及分析第5～8周：论文编写第9～10周：准备论文答辩