氧化镓晶体管;在碳化硅和硅氧化镓。
氧化镓晶体管
在最近的IEEE国际电子设备会议(IEDM)、康奈尔大学和日本法政大学发表了一篇论文在氧化镓纵向记录击穿电压的晶体管。
水晶β氧化镓是一种很有前途的宽禁带半导体材料,用于功率半导体元件的应用。氧化镓有大量的能带隙4.8 - -4.9 eV高细分领域8 MV /厘米。身材高电压的技术优点,硅的3000多倍,超过8倍碳化硅(SiC),超过4倍的氮化镓(GaN)。
这项技术还处于起步阶段。“尽管有前途的进步,目前Ga2O3功率晶体管面临两大挑战,”康奈尔大学的w·李说IEDM纸。“首先,有效通道流动远低于大部分。,但不限于,垂尾晶体管、有效通道流动是发现受腐蚀损伤和侧壁损耗由于interface-trapped电荷,导致一个有效渠道流动只有30厘米2 / Vs。第二,实现高性能Ga2O3所需的轨迹运行设备电场管理挑战。”
在去年的IEDM、康奈尔等发表了一篇论文在β氧化镓,vertical-trench肖特基势垒二极管技术。
在今年的事件,康奈尔大学和法政证明它说的是一个创纪录的高绩效的关单和multi-fin氧化镓垂直功率晶体管。
迄今为止,横向晶体管的击穿电压取得了2.32 kV。对于高压应用程序,不过,垂直的首选设备,根据研究人员。康奈尔大学和法政设计了一个垂直的设备记录击穿电压为2.66伏特。
在垂直设备,排水设备的底部,而源。排水、氧化镓衬底。10μm氧化镓漂移层使用卤化物汽相外延衬底上生长的过程。
设备的顶部,垂尾晶体管有多个鳍片。翅片通道宽度是0.15 - -0.45μm螺距大小从1.2μm / 2μm设计。
为此,研究人员展示了一种改进的翅片通道流动与关post-deposition退火single-fin晶体管。“有效通道流动提高了~ 130 cm2 / Vs post-deposition退火过程,”李说。“fin-channel宽度为0.15μm,真正的正常操作达到一个阈值> 1.5 V的电压;创纪录的高击穿电压2.66 kV (vg = 0 V)和特定导通电阻的25.2得到mWcm2 multi-fin设备,对应于一个Baliga品质因数的280 mw / cm2,这是最高的在所有Ga2O3晶体管”。
在碳化硅和硅氧化镓
还在IEDM,发表了一篇论文在氧化镓的集成材料碳化硅和硅基板。
在一个演示中,研究人员综合2英寸氧化镓薄膜上4 h-sic和硅基板使用ion-cutting过程。
结果镓氧化物场效应管设备。演示的异质晶片热稳定性高的环境温度(Tamb) 500 K。
氧化镓承诺,但患有低导热系数。这反过来又限制了其在大功率应用程序使用。
“异构集成优质β-Ga2O3薄膜在high-thermal-conductivity基质被认为是一种很有前途的方法来克服Ga2O3电子的热限制。然而,由于大的晶格失配,β-Ga2O3薄膜质量的合成了异质外延增长对外国基质仍然是不能接受的,”徐说文汇上海微系统与信息技术研究所、中国科学院(CAS)。
西安电子科技大学中科院,Meisei大学和弗吉尼亚理工学院和州立大学也为工作做出了贡献。
ion-cutting过程解决了晶格不匹配的问题。“三个高质量的异构晶片,Ga2O3-on-SiC (GaOSiC) Ga2O3-Al2O3-SiC (GaOISiC)和Ga2O3-Al2O3-Si (GaOISi)是捏造出来的,表面的均方根粗糙度低于0.5 nm和XRD摇摆曲线的应用130 ",”徐说。
“通过改变通道厚度,增强和耗尽型mosfet实现GaOSiC晶片。随着环境温度的增加从300 K到500 K,小退化是观察到的导通电阻,饱和电流,反向漏电流和击穿电压(Vbr)捏造Ga2O3 mosfet,”徐说。“设备Vbr 600 V是实现了在500 K以上疲软对温度的依赖。这些结果显示显著提高设备热稳定性比报道Ga2O3-on-Ga2O3设备。这项工作中演示的技术承诺克服Ga2O3电子产品为大功率应用的基本热限制。”
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