依托先進的半導體TCAD仿真平臺，天津賽米卡爾科技有限公司技術團隊設計了一種具有p-NiO插入終端結合側壁MOS場板的混合式肖特基勢壘二極管結構（Hybrid TMBS），期望通過該設計能同時改善傳統GaN基SBD的正向導通特性和反向擊穿特性。

圖1展示了技術團隊設計的Hybrid TMBS器件結構（Device A3），該結構的設計核心是利用p-NiO插入終端結合側壁場板MOS結構形成混合式肖特基勢壘二極管結構。如圖2（a）所示，該設計方案，在器件正向偏置時，具有更高的電流密度，這主要歸功于引入的p-NiO插入終端可以有效地改善器件的電流擁擠效應，使器件臺面底部附近的電流分布更均勻，從而減小器件的導通電阻 [圖2（b），（c）和（d）]。此外，圖2（e）和（f）中臺面底部附近橫截的能帶圖也展示了對于參考器件而言存在0.42 eV的電子勢壘，而Hybrid TMBS器件結構則不存在所謂的勢壘，這很直觀地證明了Hybrid TMBS器件結構可以有效地促進電子向器件兩側輸運，從而增強器件的電流擴展。

圖1. GaN基混合式肖特基勢壘二極管的結構示意圖

圖2.（a）器件A3、平面SBD和TMBS器件以及p-NiO/n-GaN二極管的正向I-V特性曲線；（b）TMBS器件和器件A3于臺面底部附近的橫截電流密度分布圖（VF = 3 V）；（c）TMBS器件和（d）器件A3的二維正向電流密度分布圖；（e）TMBS器件和（f）器件A3臺面底部位置附近的橫截能帶分布圖（VF = 3 V）

除此之外，如圖3（a）所示，當器件外加反向偏置時，Hybrid TMBS器件結構能實現更高的擊穿電壓。這是由于當器件處于反向偏置時，p-NiO/n-GaN形成反偏PN結，可以有效地分擔大部分電場，從而增強器件的電荷耦合效應，進而削弱金半接觸界面以及臺面拐角處的強電場，如圖 3（c）和（d）所示。?另外，從圖3（b）中的二維電場分布和二維漏電流分布圖中也可以很直觀地看出p-NiO插入終端結合側壁場板MOS結構可以有效地減小金半接觸界面的電場分布，從而降低由鏡像力效應引起的漏電流。

基于前期的仿真結果，技術團隊優化了器件架構，目前實驗驗證工作正在開展，初步的測試結果與仿真結果實現了高度的吻合。該研究成果豐富了GaN、GaO、SiC基SBD的技術模型，為研發更高性能的SBD提供了有力的研究基礎。

圖3.（a）器件A3、平面SBD和TMBS器件的反向I-V特性曲線；（b1）TMBS器件和（b2）器件A3的二維電場分布圖（Vr?= -1300 V）；（b3）TMBS器件和（b4）器件A3的二維電流密度分布圖（Vr?= -1300 V）；（c）臺面底部位置附近的橫截電場分布圖（Vr?= -1300 V）；（d）沿肖特基接觸界面位置向下的縱切電場分布圖（Vr?= -1300 V）

該成果最近被應用物理領域權威SCI期刊Japanese Journal of Applied Physics， 61, 014002 (2022)收錄。

審核編輯：符乾江