近日，功率半导体器件领域的顶级会议IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD) 在美国拉斯维加斯举行。北京大学集成电路学院三篇高水平论文入选，向国际功率器件与功率集成电路领域的同行展示了北京大学最新的研究成果，研究内容涉及GaN HEMT器件栅极可靠性、超高压GaN横向整流器、以及集成型GaN双向器件。论文详情如下：
1、高栅极可靠性GaN HEMT器件技术
p-GaN栅高电子迁移率晶体管（HEMT）在功率转换系统中具有广泛的应用。然而，目前的p-GaN栅HEMT器件存在低阈值电压和低栅极可靠性问题，使得器件面临误开启的风险与严苛的栅压摆幅，给功率系统的可靠性与稳定性带来挑战。
针对上述问题，集成电路学院王茂俊、物理学院沈波团队提出了p-NiO/p-GaN异质结栅技术。通过p-NiO/p-GaN形成的具有高能带偏移的II型异质结，扩展了p-GaN耗尽区、提高了空穴势垒并且减少了热电子轰击，有效提升了器件阈值电压，降低了栅极泄露电流，增强了栅极可靠性。该工作以Enhanced Gate Reliability and High Threshold Voltage p-GaN HEMT With p-NiO/p-GaN Heterojunction为题，以口头报告形式展示，文章的第一作者是北京大学集成电路学院博士研究生王锦冰，通讯作者是王茂俊副教授和沈波教授。
2、超高压氮化镓横向超结整流器
高压整流器是构建电力电子线路的基本元器件。然而，超高压GaN横向整流器面临电场集聚效应，器件耐压能力受限；此外，经过高压反向偏置应力后，器件会出现动态导通电阻增大现象。
为攻克以上关键科学问题，北京大学魏进团队将超结结构引入到GaN横向整流器中，超结结构能有效调节电场分布，实现更均匀的电场轮廓并降低电场峰值。在42 μm耐压长度下，提出的GaN超结整流器击穿电压可达6224 V，与传统GaN横向整流器相比，提升了近2000 V，同时实现了3.12 GW/cm2出色功率优值。经过3 kV高压应力后，器件实现了低至1.35的归一化动态导通电阻。器件的静态和动态性能在国际上最先进的氮化镓功率整流器中都极具竞争力。相关成果以6.2 kV/12.4 mΩ·cm2 Superjunction GaN Lateral Field-Effect Rectifier with Low Dynamic ON-Resistance为题，发表于2026年国际功率半导体器件与集成电路研讨会 (ISPSD), 文章第一作者是北京大学集成电路学院博士研究生杨俊杰，通讯作者是魏进研究员。
3、高稳定性GaN集成双向器件
GaN集成双向器件能够显著降低双向功率器件的导通电阻并缩小器件面积，在众多紧凑型功率转换拓扑中具有重要应用价值。然而，硅衬底GaN集成双向器件面临衬底效应问题，在动态工作中，器件会出现动态导通特性严重退化。
针对该问题，集成电路学院魏进团队研究了衬底电势控制电路对GaN集成双向器件动态电阻特性的影响。衬底控制电路能自动将器件衬底偏置到低压源级，使GaN集成双向器件在开关过程中呈现稳定的衬底电势。在经历400V重复开关应力后，浮空衬底的GaN集成双向器件动态电阻退化率超过500%，而具有衬底控制电路的器件仅退化约30%。同时，在220V AC至400V DC无桥PFC转换器应用中，该器件也呈现出稳定的双向工作状态。由于基于双向器件的无桥PFC具有半导体元件少的优势，该PFC在2kW输出功率下实现了97.3%的高转换效率，显示出高稳定性GaN集成双向器件在高效率电路拓扑方面的应用价值。该工作以GaN Monolithic Bidirectional Switch (MBDS) with Substrate Control Circuit and Its Application in Bridgeless-Boost PFC Converter为题发表，文章的共同第一作者是北京大学集成电路学院博士生常昊和劳云鸿，通讯作者是魏进研究员和云镓半导体公司唐高飞。
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