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增強型氮化鋁鎵/氮化鎵高電子移動率場效應電晶體之研製及其在直流轉直流升壓電路之實現

為了解決2027未來人ig的問題，作者楊治琟 這樣論述：

近年來，能源問題越來越被人們所重視，因此在綠能科技上的要求與日俱增。而氮化鎵材料由於先天的材料優勢及特性，如：高耐熱、高崩潰電壓、高電子飽和速度、優秀壓電效應所產生的高電流密度，使得氮化鎵高速場效應電晶體的導通電阻只有傳統矽基板功率電晶體的百分之二，使其在未來高速、高功率的切換式電源供應器(Switch Power Supply)應用上成為極佳的選擇，尤其適合像是在汽車電子高溫、高功率的環境中。目前氮化鎵電晶體在車用電子方面之應用，必須有幾項技術要克服：為了與目前車用電子單一正偏壓系統整合，氮化鎵電晶體必須為增強型操作且氮化鎵電晶體的崩潰電壓必須超過600 V。目前製作增強型操作氮化

鎵電晶體的方式有：閘極蝕刻、氟離子電漿處理與P型的氮化鎵等等，而在本論文第二章中，我們則是使用了一個全新的方式：利用一氧化二氮的電漿處理，製作出增強型操作的氮化鎵電晶體。且由於增強型操作的氮化鎵電晶體有經過電漿的轟擊，為了比較處理前後的差異，我們亦導入了低頻雜訊分析，並且比較整體的缺陷來源與缺陷密度。 在第三章中我們設計了電場板的結構，並將其連接至源極，由於電場板所覆蓋的區域，會使其電場峰值被減弱，導致載子速度降低，進而使崩潰電壓上升。另一方面，閘極到汲極的距離，也是另一個使崩潰電壓上升重要參數。雖然延長閘極到汲極的距離會使得崩潰電壓上升，但亦會使得電晶體的導通電阻值上升，使得電晶體的電

性表現不如預期。所以我們在第三章中，設計了不同長度的電場板，並皆連接至源極；而閘極到汲極方面我們也設計了不同長度的距離。共20顆電晶體，並且將它們的直流、微波和低頻雜訊特性做了比較。 氮化鎵擁有高崩潰電場，所以一直都是高壓元件的不二人選。但目前所製作出來的氮化鎵電晶體，其崩潰電場約為0.5 到1 MV/cm，與其材料特性中3.5 MV/cm 的崩潰電場相差甚多。歸咎其原因，造成其崩潰電場不如預期的主因是由於矽基板所造成；由於矽基板無法承受高電場，使得原本應該由水平方向崩潰，變為垂直方向崩潰。所以在第四章中，我們利用SF6的電漿蝕刻掉氮化鎵電晶體主動區下方的矽基板。而為了解決移除基板所帶來

的自發熱效應，我們於氮化鎵電晶體主動區下方沉積了300 nm的二氧化矽與20 µm 的銅，稱做G.O.I. (GaN-on-insulator) 技術。而為了互相比較，我們也製作了傳統的氮化鎵電晶體與無G.O.I. 技術的基板移除電晶體，並將三種元件的直流電性、崩潰電壓與低頻雜訊做比較，並分析其缺陷密度。 在第五章中，我們製作了氮化鎵電晶體與氮化鎵二極體，實現了氮化鎵單一晶片直流轉直流升壓電路。並且利用第二章的技術，製作了增強型操作的單一晶片直流轉直流升壓電路。而為了提升直流轉直流升壓電路的整體效率，我們在第六章中，製作了大尺寸的氮化鎵電晶體與蕭特基二極體，並預期藉由大尺寸元件所帶來的大

電流使得導通電阻降低，進而得到較高的直流轉直流升壓電路的轉換效率。