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，使得載流子輸運機制趨于復(fù)雜，傳統(tǒng)仿真手段難以精準再現(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)團隊獨辟蹊徑，成功將器件物理機理與智能優(yōu)化算法深度融合。技術(shù)團隊基于前期在Si基GaN器件缺陷物理與導(dǎo)通機制方面的深厚積累，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)，彰顯了物理機制與智能算法融合仿真在先進功率器件研究中的強大潛力。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，為器件的精準設(shè)計、性能優(yōu)化提供了強有力的新工具。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