这篇文章是香港科技大学Kevin J. Chen等人与台积电M.-H. Kwan等人关于高电容密度的p-GaN栅电容在高频功率集成中的应用研究。

文章详细介绍了p-GaN栅电容的设计、特性和在高频功率集成中的应用。通过实验数据和理论分析，文章展示了p-GaN栅电容在实现高电容密度、低ESR和高Q因子方面的潜力。此外，文章还讨论了不同布局设计对电容器性能的影响，特别是多指交错布局在提高高频性能方面的显著优势。这项研究对于GaN功率集成电路的设计具有重要的指导意义，有助于推动GaN技术在高频功率应用中的进一步发展。

I. 引言 (Introduction)

• 背景介绍：文章开头提到了GaN-on-Si HEMTs的优势，并指出为了实现增强模式（E-mode）操作，可以在栅极电极和AlGaN/GaN异质结构之间形成p型GaN层。
• 问题陈述：讨论了p型栅极由于栅极驱动回路中的寄生电感而容易受到过电压应力的问题，尤其是在GaN功率器件进行高速开关操作时。
• 研究动机：提出了GaN功率集成的概念，以适应高电压功率开关和周边驱动/控制模块，并通过集成的栅极驱动器与功率器件结合，以最小化寄生电感并增强GaN功率开关电路的可靠性。

II. p-GaN门电容特性 (P-GaN Gate Capacitor Characterization)

• 结构和工作原理：详细介绍了p-GaN门电容的结构，包括金属/p-GaN/AlGaN/GaN堆叠结构，并解释了其工作原理，即在零栅极偏压下通过p-GaN层引入向上的能带弯曲并耗尽2-DEG通道。
• 电容-电压(C-V)特性：展示了在25°C下测量的p-GaN门电容的C-V特性，并解释了在阈值电压(Vth)以下和以上的行为。
• 等效氧化物厚度(EOT)：通过C-V曲线提取了等效氧化物厚度(EOT)，并指出在4至7V的栅极偏压下，EOT仅为16至20纳米，表明p-GaN门结构可以实现高电容密度。
• 漏电流和击穿电压：测量了从25°C到200°C的漏电流，并得出在25°C时p-GaN门电容的直流击穿电压约为12.5V。
• 电荷存储能力：通过测量的C-V和I-V特性，理论上外推了p-GaN门电容的电荷存储能力，并讨论了由于内部栅极漏电流而导致的自放电效应。

III. 大面积电容器的布局设计 (Layout Design of Large-Area Capacitor)

• 单栅圆布局：讨论了单栅圆布局的设计，指出了由于栅极电极的增大而引入的分布效应，这种效应会降低电容器的高频响应。
• 多指交错布局：为了抑制分布效应并最小化等效串联电阻(ESR)，提出了多指交错布局。通过增加指的数量，可以同时增加电容值并减少ESR效应，从而提高品质因数(Q-factor)。

IV. 结论 (Conclusion)

• 集成电容的应用：文章总结了在E-mode GaN功率器件平台上实现的金属/p-GaN/AlGaN/GaN门结构的芯片电容，这些电容因其大电容密度而在集成电路实现中非常有用。
• 交错布局的优势：强调了交错布局在抑制分布效应、降低等效串联电阻和提高Q因子方面的优势，为p-GaN门电容在高频和高温下的正确运行铺平了道路。

参考文献 (References)

• 文章最后列出了19个参考文献，这些文献为本文的研究提供了理论和技术支持。

• 图1：展示了制造的p-GaN门电容的示意图和能量带图。

• 图2：展示了在不同频率下测量的p-GaN栅电容的C-V特性，以及在不同温度下测量的栅极漏电流。

• 图3：展示了单电极圆布局的横截面视图，以及在不同频率下测量的C-V特性和在不同温度下测量的C-V和ESR曲线。

• 图4：展示了叉指p-GaN栅电容的示意图、等效电路模型，以及在不同频率和温度下测量的C-V特性。