Study of Vertical Ga 2 O 3 FinFET Short Circuit Ruggedness using Robust TCAD Simulation

材料科学 光电子学 晶体管 电路设计 电压 阈值电压 热的 热导率 电子工程 电气工程 工程类 物理 热力学 冶金 复合材料
作者
Albert Lu,Adam Elwailly,Yuhao Zhang,Hiu Yung Wong
出处
期刊:ECS Journal of Solid State Science and Technology [The Electrochemical Society]
卷期号:11 (11): 115001-115001 被引量:7
标识
DOI:10.1149/2162-8777/ac9e73
摘要

In this paper, the short circuit ruggedness of Gallium Oxide (Ga 2 O 3 ) vertical FinFET is studied using Technology Computer-Aided-Design (TCAD) simulations. Ga 2 O 3 is an emerging ultra-wide bandgap material and Ga 2 O 3 vertical FinFET can achieve the normally-off operation for high voltage applications. Ga 2 O 3 has a relatively low thermal conductivity and, thus, it is critical to explore the design space of Ga 2 O 3 vertical FinFETs to achieve an acceptable short-circuit capability for power applications. In this study, appropriate TCAD models and parameters calibrated to experimental data are used. For the first time, the breakdown voltage simulation accuracy of Ga 2 O 3 vertical FinFETs is studied systematically. It is found that a background carrier generation rate between 10 5 cm −3 s −1 and 10 12 cm −3 s −1 is required in simulation to obtain correct results. The calibrated and robust setup is then used to study the short circuit withstand time (SCWT) of an 800 V-rated Ga 2 O 3 vertical FinFET with different inter-fin architectures. It is found that, due to the high thermal resistance in Ga 2 O 3 , to achieve an SCWT >1 μ s, low gate overdrive is needed which increases R on,sp by 66% and that Ga 2 O 3 might melt before the occurrence of thermal runaway. These results provide important guidance for developing rugged Ga 2 O 3 power transistors.
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