中國科學(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屆國際微電子器件頂級會議——國際電子器件大會（International Electron Devices Meeting， IEDM）以口頭報告形式正式發(fā)布：First Demonstration of Waferscale Heterogeneous Integration of Ga2O3 MOSFETs on SiC and Si Substrates by Ion－Cutting Process。這是我國（包括港、澳、臺）在IEDM會議上發(fā)表的首篇超寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的論文，說明我國也成為氧化鎵研究領(lǐng)域的重要創(chuàng)新國家之一。

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、擊穿場強更高的優(yōu)勢。Ga2O3 是帶隙最大的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一，對于大功率、高頻裝備，氧化鎵具有重大的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟價值。它的Baliga優(yōu)值分別是GaN和SiC的四倍和十倍，為未來功率器件的發(fā)展提供了更廣闊的視野。根據(jù)日本權(quán)威經(jīng)濟研究機構(gòu)Fuji KeiZai公司的市場預(yù)測，到2025年，氧化鎵在整個第三代半導(dǎo)體材料的市場份額為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“萬能離子刀”智能剝離與轉(zhuǎn)移技術(shù)，首次將晶圓級β－Ga2O3單晶薄膜（＜ 400 nm）與高導(dǎo)熱的Si和4H－SiC襯底晶圓級集成，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，擊穿電壓依然可以超過600V。

氧化鎵無疑是超寬禁帶半導(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，勢必推動高性能Ga2O3器件研究的發(fā)展；其次，該研究將為我國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Ga2O3在高功率器件領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。

晶圓級異質(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