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Multi-Channel Tri-gate GaN Power Schottky Diodes with Low ON-Resistance

DOI:10.1109/LED.2018.2887199 期刊:IEEE Electron Device Letters 出版年份:2018 更新时间:2025-09-09 09:28:46
摘要: In this work we demonstrate high-performance lateral GaN power Schottky barrier diodes (SBDs) based on a novel multi-channel tri-gate architecture. A significant reduction in ON-resistance (RON) of 50%, down to 7.2 ± 0.4 ?·mm, along with a much smaller forward voltage (VF) of 1.57 ± 0.06 V, were achieved with multiple 2DEG channels (multi-channels) formed by periodic AlGaN/GaN heterostructures. We used a tri-anode structure to form Schottky contact to the multi-channels through the fin sidewalls, leading to a small turn-ON voltage (VON) of 0.67 ± 0.04 V. To simultaneously control the multi-channels and effectively spread the electric field in OFF state, a tri-gate structure was integrated in the anode, resulting in an ultra-low leakage current (IR) of ~1 nA/mm at -600 V and a high breakdown voltage (VBR) of -900 V at 1 μA/mm with grounded substrate. In addition, the devices presented promising switching performance, due to the small product of RON and reverse charge (Q), thanks to the optimized tri-gate geometry, and the high effective mobility (μe) of 2063 ± 123 cm2·V-1s-1 despite the small fin width (w) of 50 nm. Our approach combines in a unique way the excellent electrostatic control of the tri-gate structure with the high conductivity of multi-channels, offering a promising platform for future advances in GaN power devices.
作者: Jun Ma,George Kampitsis,Peng Xiang,Kai Cheng,Elison Matioli
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研究概述 实验方案 设备清单

To demonstrate high-performance lateral GaN power Schottky barrier diodes (SBDs) based on a novel multi-channel tri-gate architecture, achieving significant reduction in ON-resistance and forward voltage, along with ultra-low leakage current and high breakdown voltage.

The multi-channel tri-gate GaN-on-Si power SBDs presented small RON and VF, due to the multiple 2DEG channels, and large VBR and ultra-low IR, thanks to the tri-gate, demonstrating state-of-the-art performance for 600 V/650 V ratings.

The study does not discuss the scalability of the multi-channel tri-gate architecture for industrial production or its performance under extreme environmental conditions.

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