GaNiusVth
GaNius - Energieeffiziente Leistungselektronik
Modellierung und Bewertung von Schwellenspannungsinstabilitäten in p-gate GaN HEMTs
Durch die Fortschritte bei Halbleitermaterialien mit Festkörpereigenschaften wie großem Bandabstand erfährt die Leistungselektronik derzeit einen starken Innovationsschub. Es lassen sich Bauelemente realisieren, die im Vergleich zum Stand der Technik um Größenordnungen höhere Schaltgeschwindigkeiten erreichen, bei gleichzeitig geringen Verlusten. Insbesondere der moderne Halbleiter Galliumnitrid (GaN) eröffnet zudem völlig neue Integrationstiefen und Schaltungen für hochfrequente leistungselektronische Komponenten und effiziente hochkompakte Systeme. In einem interdisziplinären Ansatz, der die Expertise aus der Festkörperphysik, der Halbleitertechnologie und des Systementwurfs vereint, sollen die notwendigen wissenschaftlichen Methoden erarbeitet werden. Neuartige Bauelemente, Schaltungen sowie Komponenten für hocheffiziente leistungselektronische Systeme sollen erforscht und demonstriert werden.
Im Vorhaben GaNiusVth soll ein Kompaktmodell für p-gate GaN HEMTs zur Simulation von DC, AC und transienten Phänomenen, inklusive der Schwellspannungs-Instabilitäten, erarbeitet werden. Das Modell soll allgemeingültig und auf einen breiten Bereich an Bauteilen anwendbar sein, weshalb ein großer Fokus auf der Extraktion und Kalibrierung der Modelle auf Grundlage von Messungen und Datenblattrinformation liegt. Zudem soll das Modell die Auswirkungen von Kurzschlüssen und den zugehörigen sicheren Arbeitsbereich beschreiben, sowie transiente Verschiebungen und Änderungen berücksichtigen.
- Entwicklung eines Kompaktmodells, inklusive Extraktionsstrategie der Parameter
- Messtechnische Verifikation der Schwellspannungs-Instabilitäten
- Anwendung der Erkenntnisse auf die Kurschlussfestigkeit und den sicheren Arbeitsbereich, sowie stressbedingte Degradation
Dieses Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unter der Förderkennung DFG Priority Programme 2312 gefördert.
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Publikationen
Oeder, T.; Pfost, M.: Threshold Voltage Behavior and Short-Circuit Capability of p-Gate GaN HEMTs Depending on Drain- and Gate-Voltage Stress, IEEE Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications, Los Angeles CA, USA, 10.2022, doi: 10.1109/WiPDA56483.2022.9955266
Oeder, T.; Pfost, M.: Gate-Induced Threshold Voltage Instabilities in p-gate GaN HEMTs, IEEE Transaction on Electron Devices (Journal), 09.2021, doi: 10.1109/TED.2021.3098254
Oeder, T.; Pfost, M.: Gate-Stress-Induced Threshold Voltage Instabilites, a Comparison of Ohmic and Schottky p-Gate GaN HEMTs, IEEE Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications, Kyoto, JPN, 10.2020, doi: 10.1109/WiPDAAsia49671.2020.9360288
Oeder, T.; Pfost, M.: Impact of Carrier Accumulation on the Transient Behavior of p-Gate GaN HEMTs , ISPSD2019 - The 31th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, Shanghai, CHN, 05.2019, doi: 10.1109/ISPSD.2019.8757570
Oeder, T.; Pfost, M.; D'Aniello, F.; Fayyaz, A.; Castellazzi, A.: Damage Accumulation in GaN GITs Exposed to Repetitive Short-Circuit , ISPSD2019 - The 31th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, Shanghai, CHN, 05.2019, doi: 10.1109/ISPSD.2019.8757692
Oeder, T.; Pfost, M.; Castellazzi, A. ; Fayyaz, A. ; Zhu, S.: Single pulse short-circuit robustness and repetitive stress aging of GaN GITs , Reliability Physics Symposium (IRPS), 2018 IEEE International, Burlingame, CA, USA, 03.2018, doi: 10.1109/IRPS.2018.8353593
Oeder, T.; Pfost, M.; Castellazzi, A.: Electrical and thermal failure modes of 600 V p-gate GaN HEMTs , ESREF2017 - 28th European Symposium on Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis, Bordeaux, FRA, 07.2017, Microelectronics Reliability (Journal), doi: 10.1016/j.microrel.2017.06.046
Oeder, T.; Pfost, M.; Castellazzi, A.: Experimental study of the short-circuit performance for a 600V normally-off p-gate GaN HEMTs , ISPSD2017 - The 29th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, Sapporo, JPN, 06.2017, doi: 10.23919/ISPSD.2017.7988925