在這一背景下，氮化鎵（gan）作為一種新興的寬禁帶半導(dǎo)體材料，憑借其優(yōu)異的電氣特性，逐漸成為功率電子器件的研究熱點(diǎn)。其中，垂直gan功率半導(dǎo)體技術(shù)以其獨(dú)特的gan-on-gan架構(gòu)，展現(xiàn)出更加優(yōu)越的性能，為功率半導(dǎo)體的高效能和高頻率應(yīng)用開辟了新的可能。

gan材料的特點(diǎn)與優(yōu)勢

氮化鎵是一種具有較寬禁帶的半導(dǎo)體材料，寬禁帶特性賦予了它較高的擊穿電壓及良好的熱穩(wěn)定性，使得其在高溫和高功率環(huán)境下依然能夠穩(wěn)定工作。此外，gan材料的高電子遷移率和高飽和電子速度使得其可以在更高的頻率下工作，這對于高頻開關(guān)電源和射頻功率放大器應(yīng)用至關(guān)重要。

與傳統(tǒng)的硅(si)材料相比較，氮化鎵的導(dǎo)電性顯著提高，能夠降低導(dǎo)通損耗，提高整體能效。在電力轉(zhuǎn)換效率的追求下，尤其是在電動汽車及高效led照明等領(lǐng)域，gan功率器件無疑成為了技術(shù)創(chuàng)新的重要推動力。

gan-on-gan架構(gòu)的基本原理

gan-on-gan架構(gòu)是指利用氮化鎵材料本身進(jìn)行器件的制造，即器件的基底、絕緣層和半導(dǎo)體層均采用氮化鎵，而不是常見的gan-on-si或gan-on-sic等異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：

1. 減少界面缺陷：在傳統(tǒng)的gan-on-si或gan-on-sic結(jié)構(gòu)中，由于不同材料間的晶格失配，會引發(fā)大量的缺陷。問題通過使用相同材料（gan）制成的器件可以大大減少界面敗壞，進(jìn)而提高器件的效能和可靠性。

2. 高導(dǎo)熱性：氮化鎵自身具備優(yōu)良的熱導(dǎo)性，這使得在。熱管理問題一直是功率半導(dǎo)體制造中的一大挑戰(zhàn)，gan-on-gan技術(shù)在這方面的表現(xiàn)優(yōu)于許多傳統(tǒng)架構(gòu)。

3. 高擊穿電壓：gan材料具有更高的擊穿電壓，在高電壓操作條件下，gan-on-gan器件表現(xiàn)出優(yōu)異的電氣特性，使其在高電壓應(yīng)用中具備優(yōu)勢。

4. 高功率密度：由于gan材料具有更低的導(dǎo)通電阻，gan-on-gan器件可以在較小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的功率輸出，這對于需要小型化和輕量化的應(yīng)用場合尤為重要。

垂直型gan功率器件的設(shè)計(jì)與制造

垂直gan功率器件的基本設(shè)計(jì)理念是采用垂直結(jié)構(gòu)，使得電流從頂部流向底部，通過柵極來控制耗散功率，從而實(shí)現(xiàn)高效開關(guān)。

在設(shè)計(jì)過程中，需要解決幾個(gè)關(guān)鍵問題，包括柵極工藝、源極與漏極設(shè)計(jì)、以及熱管理等。

1. 柵極設(shè)計(jì)：柵極是決定器件開關(guān)特性的關(guān)鍵。采用高質(zhì)量的絕緣層和精確的柵極陰極布局，可以顯著提高器件的開關(guān)速度和降低保持電壓。

2. 源極與漏極設(shè)計(jì)：良好的源極和漏極設(shè)計(jì)可以有效降低接觸電阻，提升能效。垂直結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)允許更短的導(dǎo)線和更高的電流承載能力。

3. 散熱管理：在高功率密度應(yīng)用中，熱管理至關(guān)重要。采用高導(dǎo)熱性材料和優(yōu)化熱沉設(shè)計(jì)可以有效降低器件工作溫度，提升器件的可

應(yīng)用前景

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，垂直gan功率半導(dǎo)體器件展現(xiàn)出良好的市場前景。在電動汽車快速充電系統(tǒng)中，gan器件可有效降低充電時(shí)間，提高系統(tǒng)效率；在數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算領(lǐng)域，gan功率轉(zhuǎn)換器則能夠降低設(shè)施的能耗和運(yùn)行成本；

此外，未來在5g通信、新能源發(fā)電等高科技領(lǐng)域也將有更廣泛的應(yīng)用。因此，在研發(fā)和制造gan-on-gan器件時(shí)，需要關(guān)注材料選擇、器件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝等多方面的因素，從而進(jìn)一步提升其性能和可靠性，使其在新興應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。