近年來(lái)，氮化鎵（GaN）已經(jīng)成為制造功率半導(dǎo)體器件的優(yōu)選材料。高臨界電場(chǎng)（3��3MV/cm）的特性使得利用GaN可以制造出擊穿電壓高于1kV的晶體管。此外，二維電子氣（2DEG）的高遷移率使得GaN的導(dǎo)通電阻可以達(dá)到非常低的值（對(duì)于30A的器件，小于50m）。后，低導(dǎo)通電阻與柵極電荷的乘積（RonQg）可以顯著降低開(kāi)關(guān)損耗。已經(jīng)證明基于GaN的變換器效率可以超過(guò)99%，并且市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些GaN產(chǎn)品。本書(shū)對(duì)GaN基器件的特性和問(wèn)題，包括面向應(yīng)用的結(jié)果給出了一個(gè)詳盡的概述。為此目的，我們采用了自下而上的方法，包括與材料方面相關(guān)的內(nèi)容介紹，對(duì)主要器件特性和問(wèn)題的全面描述，以及對(duì)系統(tǒng)級(jí)方面的討論。在第1章中，從對(duì)GaN和相關(guān)材料的基本特性的一般性介紹開(kāi)始，給出了初步的設(shè)計(jì)考慮。介紹了不同的器件結(jié)構(gòu)，包括標(biāo)準(zhǔn)FET和天然超結(jié)器件，并與標(biāo)準(zhǔn)硅器件進(jìn)行了比較。第2章討論了與材料和襯底相關(guān)的問(wèn)題。概述了可用于GaN生長(zhǎng)的各種襯底，并詳細(xì)介紹了金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的原理。接著描述了半絕緣AlGaN層的制備、摻雜的相關(guān)問(wèn)題，以及用于橫向和垂直器件的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備。第3章介紹了一種Si上GaN的CMOS兼容工藝。概述了Si上GaN外延，并詳細(xì)介紹了Si上GaN無(wú)Au工藝。詳細(xì)介紹了AlGaN勢(shì)壘層凹槽、歐姆合金優(yōu)化和鎵污染問(wèn)題。討論中采用了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在第4章中，U�盞�盡ishra和M�盙uidry討論了材料以及各種器件的設(shè)計(jì)，這些對(duì)于在功率應(yīng)用中的橫向GaN器件來(lái)說(shuō)非常重要。在介紹了AlGaN/GaN HEMT的發(fā)展歷程之后，講述了N極性器件和Ga極性器件的工作原理。此外，還討論了GaN橫向器件在功率變換器中應(yīng)用的主要問(wèn)題以及現(xiàn)有的技術(shù)解決方案。第5章專門(mén)介紹了垂直功率器件，從材料到應(yīng)用。在介紹了其潛在的應(yīng)用后，從性能和結(jié)構(gòu)上對(duì)垂直器件和橫向器件進(jìn)行了比較。本章以電流孔徑垂直結(jié)構(gòu)晶體管（CAVET）為代表，討論了各種概念。描述了設(shè)計(jì)考慮以及和結(jié)構(gòu)相關(guān)的各種問(wèn)題，以提供一個(gè)關(guān)于該問(wèn)題的綜合概述。第6章概述了GaN基納米線晶體管的工作原理。通過(guò)將文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果進(jìn)行比較，給出一個(gè)對(duì)GaN基納米線晶體管完整的概述。本章部分回顧了自下而上的納米線；而第二部分則介紹了自上而下的納米線在電力電子器件中的應(yīng)用；后，討論了納米線在RF領(lǐng)域的應(yīng)用。第7章討論了用于表征GaN中深能級(jí)的電學(xué)和光學(xué)的方法。在簡(jiǎn)要介紹了DLTS和DLOS的基本原理之后，介紹了DLTS和DLOS的相關(guān)理論。然后，對(duì)光譜技術(shù)在GaN HEMT分析中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。第8章介紹了一種功率GaN HEMT建模方法，旨在通過(guò)器件、封裝和應(yīng)用的并行仿真實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)優(yōu)化。對(duì)在實(shí)際開(kāi)關(guān)應(yīng)用中常開(kāi)的絕緣柵GaN HEMT和常關(guān)的 p-GaN器件的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。第9章介紹了限制GaN基晶體管性能的缺陷特性。本章部分根據(jù)80多篇討論缺陷的論文，總結(jié)了GaN中常見(jiàn)缺陷的特性；本章的第二部分介紹了近期實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的本征缺陷（空位、表面態(tài)等）和雜質(zhì)（如Fe和C）對(duì)GaN HEMT動(dòng)態(tài)性能影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第10章討論了Si上共源共柵Ga NHEMT。在討論了共源共柵GaN HEMT的工作原理和結(jié)構(gòu)之后，詳細(xì)介紹了共源共柵GaN HEMT的關(guān)鍵應(yīng)用和性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)對(duì)商用的產(chǎn)品及其相關(guān)優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了綜述。后，對(duì)共源共柵GaN HEMT的性能和可靠性進(jìn)行了評(píng)述。在第11章介紹了柵極注入晶體管的主要結(jié)構(gòu)和問(wèn)題，以及提高這些器件性能的各種技術(shù)�？偨Y(jié)了包括電流崩塌在內(nèi)的可靠性研究現(xiàn)狀，并介紹了GIT在實(shí)際高效率開(kāi)關(guān)電源電路中的應(yīng)用結(jié)果。此外，本章還介紹了進(jìn)一步提高性能的一些新興技術(shù)。第12章介紹了常關(guān)工作的進(jìn)一步策略。介紹了氟離子注入增強(qiáng)型晶體管，全面討論了氟注入的物理機(jī)制，包括原子仿真和實(shí)驗(yàn)研究。介紹了氟注入技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及其與其他先進(jìn)技術(shù)如凹槽、AlN鈍化等的結(jié)合。后，總結(jié)了氟注入技術(shù)的魯棒性。在第13章中，J�盬uerfl介紹了主要的限制GaN基功率晶體管性能的漂移效應(yīng)。在介紹漂移效應(yīng)的物理機(jī)制之后，描述了GaN功率開(kāi)關(guān)晶體管中重要的漂移現(xiàn)象及其對(duì)器件性能的影響。此外，本章還討論了已被驗(yàn)證的減少器件漂移效應(yīng)的技術(shù)概念。第14章描述了650V GaN功率器件的可靠性。廣泛研究了柵極歐姆接觸的可靠性、柵極介質(zhì)可靠性和緩沖層堆疊可靠性。強(qiáng)調(diào)了基于大面積的功率晶體管（100 mm柵極寬度）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)而不是基于小的測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性研究的必要性。同時(shí)討論了加速模型和統(tǒng)計(jì)分布模型（Weibull）。后，第15章回顧了與GaN基晶體管開(kāi)關(guān)相關(guān)的系統(tǒng)級(jí)問(wèn)題。描述了與共源共柵GaN HEMT相關(guān)的具體問(wèn)題。對(duì)基于降壓變換器的共源共柵GaN在硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)兩種模式下的性能進(jìn)行了評(píng)估，說(shuō)明了共源共柵GaN器件在高頻下進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)的必要性。此外，本章還介紹了GaN的一系列新興應(yīng)用。讀者將會(huì)對(duì)GaN電子學(xué)令人難以置信的性能和潛力留下深刻印象，正如U�盞�盡ishra和M�盙uidry在第4章中總結(jié)的那樣，GaN基電子產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模有望在2022年超過(guò)10億美元，并在那之后持續(xù)增長(zhǎng)。與此同時(shí)，光子市場(chǎng)的規(guī)模目前已超過(guò)100億美元，且呈急劇增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。從學(xué)術(shù)和研究的角度來(lái)看，目前在氮化物中探索出的有限的科學(xué)知識(shí)可以提供這樣一個(gè)值得關(guān)注的市場(chǎng)