综述：无刻蚀反向阻断增强型AlGaN/GaN HEMT在硅衬底上的CuO MOS漏极结构

本文创新性地提出采用CuO MOS漏极结构实现无刻蚀工艺的增强型（E-mode）AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT），其阈值电压达0.41 V，反向阻断电压-260 V，在150°C高温下仍保持优异阻断性能。该设计通过CuO薄势垒层与Al0.25Ga0.75N形成PN结耗尽二维电子气（2DEG），为双向功率开关（如矩阵转换器）提供高功率密度解决方案，并建立阈值电压计算模型指导p型浓度调控。

　　

Abstract
CuO MOS漏极增强型反向阻断HEMT（MD-HEMT）与传统欧姆漏极HEMT（OD-HEMT）在硅衬底上同步实现0.41 V阈值电压。MD-HEMT通过CuO薄势垒结构实现1.18 V开启电压，-100 V反向偏压下漏电流仅1.43×10^-1 mA/mm，阻断能力达-260 V。温度升至150°C时，导通电阻从10.72 Ω·mm增至14.32 Ω·mm，5 V栅压下最大输出电流下降32.78%至461.94 mA/mm，但仍保持显著反向阻断性能。研究同时提出CuO薄势垒阈值电压计算模型，为器件设计提供理论支撑。

Introduction
GaN基HEMT凭借高电子迁移率、临界击穿场强等优势成为功率电子核心器件。增强型设计因电路安全性更受青睐，现有p-GaN栅极与级联（Cascode）结构虽成熟，但双向功率开关需求催生新型结构探索。本文对比MD-HEMT与OD-HEMT性能，为矩阵转换器等应用提供高集成度解决方案。

Experiments
采用MOCVD在硅衬底生长Al_0.25Ga_0.75N（6 nm）/GaN（160 nm）异质结，ICP刻蚀形成台面后，Ti/Al/Ni/Au合金化形成欧姆接触，Si₃N₄钝化层沉积保障器件稳定性。

Results and discussions
MD-HEMT在正向偏压下形成导电沟道，反向偏压时CuO/AlGaN PN结耗尽2DEG实现阻断。高温测试表明，150°C下导通电阻增幅约33.6%，但-260 V阻断电压仍优于传统结构，证实p型氧化物在极端环境下的可靠性。

Conclusion
CuO MOS漏极结构通过PN结调控实现无刻蚀工艺反向阻断，简化制造流程的同时提升高温稳定性。阈值电压模型为p型浓度优化提供量化工具，推动GaN基双向功率器件在AC-AC转换电路中的实用化进程。