在高壓功率電子領(lǐng)域，硅基氮化鎵（GaN-on-Si）肖特基勢壘二極管（SBD）因其優(yōu)異的性能與成本優(yōu)勢展現(xiàn)出巨大潛力。然而，Si與GaN材料之間嚴(yán)重的晶格失配導(dǎo)致外延層中存在高密度缺陷，使得載流子輸運機(jī)制趨于復(fù)雜，傳統(tǒng)仿真手段難以精準(zhǔn)再現(xiàn)其正向?qū)ㄌ匦?。能否深度解析缺陷物理并?jù)此構(gòu)建高精度模型，成為優(yōu)化器件性能的關(guān)鍵。

圖1. Si基GaN肖特基二極管截面示意圖

針對這一難題，天津賽米卡爾科技有限公司技術(shù)團(tuán)隊獨辟蹊徑，成功將器件物理機(jī)理與智能優(yōu)化算法深度融合。技術(shù)團(tuán)隊基于前期在Si基GaN器件缺陷物理與導(dǎo)通機(jī)制方面的深厚積累，開發(fā)了一套物理引導(dǎo)的粒子群優(yōu)化算法，并在APSYS仿真平臺上實現(xiàn)了對AlGaN/GaN SBD正向IV特性的快速、精準(zhǔn)擬合。該方法的核心在于利用物理經(jīng)驗知識約束優(yōu)化算法的搜索空間，使智能擬合過程始終不偏離基本的物理規(guī)律。經(jīng)該方法擬合后，開啟電壓與導(dǎo)通電阻等關(guān)鍵性能指標(biāo)上表現(xiàn)卓越，為Si基GaN肖特基二極管在高要求場景下的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

圖2. Si基GaN肖特基二極管正向IV曲線擬合結(jié)果

這項研究不僅成功實現(xiàn)了對Si基GaN SBD正向IV特性的高精度擬合，更深刻揭示了缺陷分布、界面態(tài)特性等物理參數(shù)與器件導(dǎo)通性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，彰顯了物理機(jī)制與智能算法融合仿真在先進(jìn)功率器件研究中的強(qiáng)大潛力。同時，該項研究開發(fā)的物理引導(dǎo)粒子群優(yōu)化方法，還可以提升對GaN功率器件特性的擬合效率，為器件的精準(zhǔn)設(shè)計、性能優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的新工具。這項工作充分證明，APSYS仿真平臺結(jié)合智能算法，能夠為科研人員深入探索半導(dǎo)體器件的物理極限、開發(fā)下一代高性能功率芯片提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。該方法論有望賦能新能源汽車、智能電網(wǎng)等關(guān)鍵領(lǐng)域，助力我國寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。

審核編輯 黃宇