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科技日報記者 吳長鋒
26日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校微電子學(xué)院龍世兵教授課題組聯(lián)合中科院蘇州納米所加工平臺，分別采用氧氣氛圍退火和N離子注入技術(shù)，首次研制出了氧化鎵垂直槽柵場效應(yīng)晶體管。相關(guān)研究成果日前分別在線發(fā)表于《應(yīng)用物理通信》《IEEE 電子設(shè)備通信》上。
隨著新能源汽車等行業(yè)的發(fā)展及其對電力系統(tǒng)控制能力不斷提高的要求，氧化鎵禁帶寬帶大、擊穿場強(qiáng)高，有望在未來功率器件領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。目前，氧化鎵材料面臨一個重要的難點：難以實現(xiàn)氧化鎵的p型摻雜，這導(dǎo)致氧化鎵場效應(yīng)晶體管面臨著增強(qiáng)型模式難以實現(xiàn)和功率品質(zhì)因數(shù)難以提升等問題。因此急需設(shè)計新結(jié)構(gòu)氧化鎵垂直型晶體管，攻克增強(qiáng)型晶體管所需要的電流阻擋層技術(shù)，并運用電流阻擋層制備出新設(shè)計的氧化鎵垂直柵槽晶體管。
研究人員分別采用了氧氣氛圍退火和氮離子注入工藝制備了器件的電流阻擋層，并配合柵槽刻蝕工藝研制出了不需P型摻雜技術(shù)的氧化鎵垂直溝槽場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)。氧氣氛圍退火和N離子注入所形成的電流阻擋層均能夠有效隔絕晶體管源、漏極之間的電流路徑，當(dāng)施加正柵壓后，會在柵槽側(cè)壁形成電子積累的導(dǎo)電通道，實現(xiàn)對電流的調(diào)控。氧化鎵在氧氣氛圍退火能夠在表面形成補(bǔ)償型缺陷，從而形成高阻層。氧氣氛圍退火工藝是氧化鎵較為獨特的一種技術(shù)手段，這種方式的靈感來源于硅工藝的成功秘訣之一——半導(dǎo)體硅的氧氣氛圍退火。類似于硅在氧氣氛圍退火可形成高阻表面層，氧化鎵采用該手段制備電流阻擋層具有缺陷少、無擴(kuò)散、成本低等特點，器件的擊穿電壓可達(dá)到534伏特，為目前電流阻擋層型氧化鎵MOSFET器件最高值，功率品質(zhì)因數(shù)超過了硅單極器件的理論極限。
研究人員表示，這兩項工作為氧化鎵晶體管找到了新的技術(shù)路線和結(jié)構(gòu)方案。
（中國科大供圖）
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