氧化镓异质集成和异质结功率晶体管研究进展

作者：韩根全^*; 王轶博; 徐文慧; 巩贺贺; 游天桂; 郝景刚; 欧欣; 叶建东; 张荣; 郝跃

来源：科学通报, 2023, 68(14): 1741-1752.

• 氧化镓
• 晶体管
• 异质集成
• 氧化镍
• 异质结
• 超结

超宽禁带氧化镓(Ga2O3)半导体具有临界击穿场强高和可实现大尺寸单晶衬底等优势,在功率电子和微波射频器件方面具有重要的研究价值和广阔的应用前景.尽管Ga2O3材料与器件研究已取得很大进展,但其极低的热导系数和缺少有效的p型掺杂方法成为限制其复杂器件结构制备和器件性能提升的主要瓶颈.针对上述两大关键瓶颈,本文综述了利用异质材料集成的方法实现高导热衬底Ga2O3异质集成晶体管与基于p型氧化镍/n型氧化镓(pNiO/n-Ga2O3)异质结的Ga2O3功率二极管和超结晶体管的研究进展.采用离子刀智能剥离-键合技术实现的高导热衬底Ga2O3异质集成方案可有效解决其导热问题,碳化硅(Si C)和硅(Si)基Ga2O3异质集成晶体管展现出远优于Ga2O3体材料器件的热相关特性.采用异质外延技术制备的p-NiO/n-Ga2O3功率二极管和超结晶体管均展现出良好的电学特性,p-NiO/n-Ga2O3异质结为Ga2O3双极器件的发展提供了一种可行途径.异质集成和异质结技术可有效地克服Ga2O3本身的关键难点问题,助力高效能、高功率和商业可扩展的Ga2O3微电子系统的实现,推动其实用化进程.

• 单位
  南京大学; 中国科学院上海微系统与信息技术研究所; 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所; 西安电子科技大学; 信息功能材料国家重点实验室