[發明專利]一種硅襯底GaN半導體共源共柵器件的設計方法

有效

• 申請號: 201810818998.4
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN109033620B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 劉查理
• 申請（專利權）人: 劉查理
• 主分類號: G06F30/36
• 分類號: G06F30/36
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 張歡勇

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種硅襯底GaN半導體共源共柵器件的設計方法，將高壓硅襯底GaN半導體器件漏極作為共源共柵器件的漏極，柵極與低壓器件源極連接作為共源共柵器件的源極且接地電，源極與低壓器件漏極連接，將低壓器件柵極作為共源共柵器件的柵極；將高壓硅襯底GaN半導體器件的硅基板接地電；將低壓器件的閾值電壓設計為3V～10V；在硅襯底GaN半導體共源共柵器件上并聯高壓硅二極管；通過公式計算低壓器件漏極與源極之間的電容的值或者在低壓器件上并聯硅電容或者穩壓二極管。基于本發明設計的硅襯底GaN半導體共源共柵器件，解決了現有硅襯底GaN半導體共源共柵器件因其本身設計導致容易失效的問題。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種硅襯底GaN半導體共源共柵器件的設計方法。

背景技術

寬禁帶半導體材料(Eg大于或等于2.3eV)被稱為第三代半導體材料，主要包括金剛石、SiC、GaN等。以SiC和GaN為代表的第三代半導體材料，因具備禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率大、電子飽和漂移速率高、抗輻射能力強等優越性能，是固態光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，具有非常好的應用前景和市場潛在價值。

現有的硅襯底GaN半導體共源共柵器件是以高壓硅襯底GaN半導體器件作為抗高壓的整體共源共柵器件的漏極，配以低壓硅器件(一般采用N型MOS管)并將其柵極作為整體共源共柵器件的柵極，而高壓硅襯底GaN半導體器件的柵極則與低壓硅器件的源極連接作為整體共源共柵器件的源極，硅襯底GaN半導體器件的源極則與低壓硅器件的漏極連接，從而形成整體共源共柵器件，其結構如圖1所示。雖然現有的硅襯底GaN半導體共源共柵器件具有GaN器件的諸多優良性能，但其仍然存在一些問題，導致不能被廣泛應用于眾多電子產品中，具體問題如下：

1.硅襯底GaN半導體共源共柵器件所使用的低壓硅器件，其通常的閾值電壓在2V以下，不能抗擊由硅襯底GaN半導體器件高的dv/dt或di/dt造成的柵極感應沖擊電壓上升，從而導致柵極在關閉過程中打開，進而燒毀器件。

2.高壓硅襯底GaN半導體器件本身的電流崩塌問題易造成器件失效。

3.由于硅襯底GaN半導體共源共柵器件是GaN生長在異質材料-硅基板上的，器件本身不具備抗雪崩的能力，當在短路或大電流/大電壓沖擊下時，例如無箝位感應開關條件下，易燒毀器件。

4.低壓硅器件本身的電性參數需要設計，不能隨便配置，例如電容參數，同時也需要保護，在高壓硅襯底GaN半導體器件的源極與低壓硅器件的漏極連接處的電壓Vm,必須要高于高壓硅襯底GaN半導體器件的夾斷電壓Vp的絕對值，但又不能高于低壓硅器件的擊穿電壓Vbd,否則會造成其損壞。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供一種硅襯底GaN半導體共源共柵器件的設計方法。

為實現以上技術目的，本發明的第一種技術方案是：

一種硅襯底GaN半導體共源共柵器件的設計方法，利用高壓硅襯底GaN半導體器件和低壓器件構成硅襯底GaN半導體共源共柵器件的基本結構，將高壓硅襯底GaN半導體器件的漏極作為硅襯底GaN半導體共源共柵器件的漏極，柵極與低壓器件的源極連接作為硅襯底GaN半導體共源共柵器件的源極且接地電，源極與低壓器件的漏極連接，將低壓器件的柵極作為硅襯底GaN半導體共源共柵器件的柵極；將高壓硅襯底GaN半導體器件的硅基板接地電；將低壓器件的閾值電壓設計為3V～10V；在硅襯底GaN半導體共源共柵器件上并聯高壓二極管，將高壓二極管的負極和正極分別與硅襯底GaN半導體共源共柵器件的漏極和源極連接；設計低壓器件漏極與源極之間的電容的值，由于高壓硅襯底GaN半導體器件的源極與低壓器件的漏極連接處的電壓Vm的值應滿足：Vm的值高于高壓硅襯底GaN半導體器件的夾斷電壓Vp的絕對值且不高于低壓硅器件的擊穿電壓Vbd的值，并且Vm的值可用下式表示：

Vm≈Vds·Cds_GaN/(Cds_GaN+Cds)式(1)