CN104362147A

CN104362147A - 一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HTMTs器件

Info

Publication number: CN104362147A
Application number: CN201410662069.0A
Authority: CN
Inventors: 何志; 谢刚
Original assignee: Foshan Core Photosemiconductor Co Ltd
Current assignee: Foshan Core Photosemiconductor Co Ltd
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2015-02-18

Abstract

本发明公开了一种带雪崩特性的AlGaN/GaN HTMTs器件。器件包括AlGaN/GaN HTMTs器件和反向额定电压与AlGaN/GaN HTMTs器件额定阻断电压相同的Si基二极管并联。使得AlGaN/GaN HTMTs器件在阻断状态工作时，当漏端电压超过器件的额定阻断电压时，通过Si基二极管的雪崩击穿效应，固定漏端电压，并且通过Si基二极管的雪崩效应产生雪崩电流，反馈给保护电路。从而保护整个电路系统，增强器件和系统的安全性与稳定性。

Description

一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HTMTs器件

技术领域

本发明涉及一种电力电子器件制造以及电力电子电路领域，尤其设计一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HTMTs器件。

研究背景

GaN基半导体材料由于具有宽禁带、高电子迁移速度、高热导率、耐腐蚀，抗辐射等突出优点，在制作高温、高频、大功率电子器件方面有着独特的优势。

AlGaN/GaN HTMTs (High electron mobility transisitors)器件是众多GaN基器件的研究热点。由于在异质结的存在，在不掺杂的情况下会通过压电效应和自发极化在异质结的界面（AlGaN/GaN）处会天然形成二维电子气薄层（2-DEG）。同时，无掺杂的AlGaN和GaN可以降低输入电容，提高器件的工作频率。再者，AlGaN/GaN HEMTs由于天然沟道的存在大大降低了开态电阻。而且相对于同为宽禁带材料的SiC基器件，GaN材料具有更低的价格，因此，AlGaN/GaN HTMTs器件得到了广泛的研究和发展。

但是研究证明AlGaN/GaN HTMTs 器件在阻断状态下工作时，器件的击穿电压为负的温度系数，因此器件击穿并非碰撞电离式的雪崩击穿形式。由于AlGaN/GaN HTMTs器件不具备雪崩击穿，器件在阻断状态时，当漏端电压超过器件的额定耐压时，漏端电压不能固定，会随着漏电流的升高一直升高。而过高的漏电流与漏电压，不仅提高了系统的功耗，而且会引起器件本身以及系统的安全性和可靠性问题。缺少了雪崩击穿时漏电流的反馈作用，也增加了反馈系统的设计难度。

然而，对于Si基高压二极管材料，由于Si材料低的雪崩击穿电场，当反向电压超过器件反向额定电压时会发生雪崩击穿。在实际电路中，当电路不稳定，使得器件反向工作电压高于额定电压达到雪崩击穿电压时，由于雪崩效应使得器件上反向压降固定。固定反向压降下直线上升的反向漏电流，也会触发电路中的保护装置，从而保护整个电力电子系统。

因此，AlGaN/GaN HTMTs器件阻断状态下的特性需要改进。

发明内容

本发明旨在解决常规AlGaN/GaN HTMTs器件在实际应用中，器件在阻断状态下，不能形成雪崩击穿，固定漏端电压，形成漏电流反馈的问题。

为了实现上述目的，本发明通过将额定反向电压与AlGaN/GaN HTMTs器件额定阻断电压相的Si基二极管器件并联到AlGaN/GaN HTMTs器件中，使得AlGaN/GaN HTMTs器件工作在阻断状态时，通过Si基二极管器件的雪崩击穿效应，固定漏端电压，形成漏电流反馈，从而保护AlGaN/GaN HTMTs器件本身以及整个电路系统，增强器件与电路的安全性与稳定性。具体实施方式如下：

步骤一：选择阻断耐压大于或者等于设计要求额定阻断电压的AlGaN/GaN HTMTs器件。

步骤二：选择反向额定耐压等于设计要求额定阻断电压Si基二极管。

步骤三：将步骤一中所述AlGaN/GaN HTMTs器件的源极（Source）与步骤二中所述的Si基二极管的阳极相连，将步骤一中所述的AlGaN/GaN HTMTs器件的漏极（Drain）与将步骤一中所述的Si基二极管阴极相连。

其中步骤一中所述的AlGaN/GaN HTMTs器件可以是肖特基栅、金属绝缘体栅以及PN结栅AlGaN/GaN HTMTs器件，也可以是其他各种AlGaN/GaN HTMTs 三端器件。

其中步骤一中所述的AlGaN/GaN HTMTs器件也可以是两个或者两个以上的AlGaN/GaN HTMTs器件相互串联或者并联形成模块，以达到器件设计中所需的额定阻断电压或者额定正向电流的要求，其额定阻断耐压为整个模块的反向额定电压。

其中步骤二中所述的Si基二极管也可以是两个或者两个以上Si基二极管相互串联的模块成模块，以使其反向额定电压与AlGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压相匹配，其反向额定电压为整个模块的反向额定电压。

其中步骤三中所述的Si基二极管的结构可以是各种结构，如：肖特基结构、PiN结构等等。

其中步骤三种所述的AlGaN/GaN HTMTs器件与Si基二极管的连接方法，可以是各种方法，如：封装为DBC模块、电路板焊接或者其他封装形式。

本发明中应用Si基二极管与AlGaN/GaN HTMTs器件并联，利用了Si基二极管反向电压超过额定电压的雪崩击穿效应，固定漏端压降，形成雪崩电流反馈，从而保护了器件与电路系统。改进了AlGaN/GaN HTMTs器件的阻断特性。增强了AlGaN/GaN HTMTs器件应用中的安全性与稳定性。

附图说明

附图1是本发明实施实例中，将一个AlGaN/GaN HTMTs器件与一个Si基二极管并联的示意图

附图2是本发明实施实例中，将一个AlGaN/GaN HTMTs器件与二个或两个以上串联的Si基二极管模块并联的示意图

附图3是本发明实施实例中，将两个或者两个以上并联的AlGaN/GaN HTMTs器件模块与一个Si基二极管并联的示意图

附图4是本发明实施实例中，将两个或者两个以上并联的AlGaN/GaN HTMTs器件模块与两个或者两个以上串联的Si基二极管模块并联的示意图。

具体实施方式

本发明中应用Si基二极管与AlGaN/GaN HTMTs器件并联，利用了Si基二极管雪崩击穿效应，固定AlGaN/GaN HTMTs器件漏端压降，形成雪崩电流反馈，从而保护了器件与电路系统。改进了AlGaN/GaN HTMTs器件的阻断特性。增强了AlGaN/GaN HTMTs器件应用中的安全性与稳定性。

为进一步说明本发明的特征和技术方案，以下结合附图通过具体实施例的描述，进一步详细说明本发明的结构、优点和性能。

实施实例一：选取一个达到设计所需额定阻断电压AlGaN/GaN HTMTs器件，选取一个反向额定电压等于设计所需额定阻断电压的Si基二极管，将AlGaN/GaN HTMTs器件的源极(Source)与Si基二极管的阳极相连，将AlGaN/GaN HTMTs器件的漏极（Drain）与Si基二极管的阴极相连如附图1所示。

实施实例二：选取一个达到设计所需额定阻断电压AlGaN/GaN HTMTs器件，串联两个或者两个以上Si基二极管使其反向额定电压与AlGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压相同，将AlGaN/GaN HTMTs器件的源极(Source)与Si基二极管模块的阳极相连，将AlGaN/GaN HTMTs器件的漏极（Drain）与Si基二极管模块的阴极相连，如附图2所示。

实施实例三：选取达到设计所需额定阻断电压AlGaN/GaN HTMTs器件，并联两个或者两个以上AlGaN/GaN HTMTs器件使其正向工作时的额定电流达到设计要求，将这些AlGaN/GaN HTMTs器件的栅极（Gate）、漏极（Drain）以及源极（Source）分别连接在一起，形成模块。将AlGaN/GaN HTMTs器件模块的源极(Source)与Si基二极管的阳极相连，将AlGaN/GaN HTMTs器件模块的漏极（Drain）与Si基二极管的阴极相连，如附图3所示

实施实例四：选取达到设计所需额定阻断电压AlGaN/GaN HTMTs器件，并联两个或者两个以上AlGaN/GaN HTMTs器件使其正向工作时的额定电流达到设计要求，将这些AlGaN/GaN HTMTs器件的栅极（Gate）、漏极（Drain）以及源极（Source）分别连接在一起，形成模块。串联两个或者两个以上Si基二极管形成模块使其反向额定电压与AlGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压相同。将AlGaN/GaN HTMTs器件模块的源极(Source)与Si基二极管模块的阳极相连，将AlGaN/GaN HTMTs器件模块的漏极（Drain）与Si基二极管模块的阴极相连，如附图4所示。

上面结合附图对本发明的实施实例做了详细说明，但是本发明不限于上述实施实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HTMTs器件，包括：阻断耐压大于或者等于设计要求额定阻断电压的AlGaN/GaN HTMTs器件,反向额定耐压等于设计要求额定阻断电压Si基二极管,所述AlGaN/GaN HTMTs器件源极（Source）与所述的Si基二极管阳极相连，所述的AlGaN/GaN HTMTs器件的漏极（Drain）与所述的Si基二极管阴极相连。

2.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HTMTs器件，其特征在于，所述的AlGaN/GaN HTMTs器件可以是肖特基栅、金属绝缘体栅以及PN结栅AlGaN/GaN HTMTs器件，也可以是其他各种AlGaN/GaN HTMTs 三端器件。

3.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HTMTs器件，其特征在于，所述的AlGaN/GaN HTMTs器件也可以是两个或者两个以上的AlGaN/GaN HTMTs器件相互串联或者并联成模块，以达到器件设计中所需的额定阻断电压或者额定正向电流的要求，其额定阻断耐压为整个模块的反向额定电压。

4.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HTMTs器件，其特征在于，所述的Si基二极管也可以是两个或者两个以上Si基二极管相互串联成模块，以使其反向额定电压与AlGaN/GaN HTMTs器件的额定阻断电压相匹配，其反向额定电压为整个串联模块的反向额定电压。

5.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HTMTs器件，其特征在于，所述的Si基二极管的结构可以是各种结构，如：肖特基结构、PiN结构等。

6.如权利要求1所述一种带雪崩击穿特性的AlGaN/GaN HTMTs器件，其特征在于，所述的AlGaN/GaN HTMTs器件与Si基二极管的连接方法，可以是各种方法，如：封装为DBC模块、电路板焊接或者其他封装形式。