中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員歐欣課題組和西安電子科技大學(xué)郝躍課題組教授韓根全合作，在氧化鎵功率器件領(lǐng)域取得新進(jìn)展。該研究成果于12月10日在第65屆國(guó)際微電子器件頂級(jí)會(huì)議——國(guó)際電子器件大會(huì)（International Electron Devices Meeting， IEDM）以口頭報(bào)告形式正式發(fā)布：First Demonstration of Waferscale Heterogeneous Integration of Ga2O3 MOSFETs on SiC and Si Substrates by Ion－Cutting Process。這是我國(guó)（包括港、澳、臺(tái)）在IEDM會(huì)議上發(fā)表的首篇超寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的論文，說(shuō)明我國(guó)也成為氧化鎵研究領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新國(guó)家之一。
氧化鎵作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度更大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)更高的優(yōu)勢(shì)。Ga2O3 是帶隙最大的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一，對(duì)于大功率、高頻裝備，氧化鎵具有重大的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。它的Baliga優(yōu)值分別是GaN和SiC的四倍和十倍，為未來(lái)功率器件的發(fā)展提供了更廣闊的視野。根據(jù)日本權(quán)威經(jīng)濟(jì)研究機(jī)構(gòu)Fuji KeiZai公司的市場(chǎng)預(yù)測(cè)，到2025年，氧化鎵在整個(gè)第三代半導(dǎo)體材料的市場(chǎng)份額為27％。然而由于氧化鎵極低的熱導(dǎo)率，散熱能力成為氧化鎵功率器件應(yīng)用的最大瓶頸。歐欣課題組和韓根全課題組利用“萬(wàn)能離子刀”智能剝離與轉(zhuǎn)移技術(shù)，首次將晶圓級(jí)β－Ga2O3單晶薄膜（＜ 400 nm）與高導(dǎo)熱的Si和4H－SiC襯底晶圓級(jí)集成，并制備出高性能器件。高質(zhì)量的氧化鎵薄膜的厚度不均勻性為±1．8％，通過化學(xué)機(jī)械拋光優(yōu)化后薄膜的表面粗糙度達(dá)到0．4nm以下。器件電學(xué)測(cè)試表明在300K到500K的升溫過程中開態(tài)電流和關(guān)態(tài)電流沒有明顯退化，對(duì)比基于同質(zhì)氧化鎵襯底的器件，熱穩(wěn)定性有顯著的提升，SiC基氧化鎵MOSFET器件即使在溫度500K時(shí)，擊穿電壓依然可以超過600V。
氧化鎵無(wú)疑是超寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，禁帶寬度可以接近5eV，在金剛石材料摻雜技術(shù)遲遲不能突破的今天，該工作在超寬禁帶材料與功率器件領(lǐng)域具有里程碑式的重要意義。首先，異質(zhì)集成為Ga2O3晶圓散熱問題提供了最優(yōu)解決方案，勢(shì)必推動(dòng)高性能Ga2O3器件研究的發(fā)展；其次，該研究將為我國(guó)Ga2O3基礎(chǔ)研究和工程化提供優(yōu)質(zhì)的高導(dǎo)熱襯底材料，推動(dòng)Ga2O3在高功率器件領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。
晶圓級(jí)異質(zhì)集成氧化鎵薄膜制備
高性能碳化硅／硅基氧化鎵薄膜器件性能