栅场板型Ga_(2)O_(3)MOSFET器件单粒子烧毁仿真研究

设计了1种抗单粒子烧毁(single event burnout,SEB)效应能力较强的栅场板型结构Ga_(2)O_(3)MOSFET器件,并与平面型结构进行了对比,采用基于计算机辅助设计(technology computer aided design,TCAD)的商用半导体器件仿真模拟软件研究了2款器件发生SEB前后内部载流子浓度、电流密度等电学参数分布特性,深入研究了Ga_(2)O_(3)MOSFET器件发生SEB的机理及引入栅场板结构后SEB阈值电压增大的原因。在此基础上,对器件的结构进行优化,获得了抗SEB性能较好的结构参数。研究结果表明:2款Ga_(2)O_(3)MOSFET器件发生SEB的机理都是由于其内部难以实现p型掺杂,主要是电子导电,当器件处于关断状态时,栅极下方会形成耗尽区,而重离子入射碰撞离化产生的电子在耗尽区的积累会对衬底层中电子通道的开启具有显著影响。当器件发生SEB时,源极的电子会通过V型的电子通道流向漏极,使得器件发生短路,产生大电流并烧毁;与平面型Ga_(2)O_(3)MOSFET器件相比,引入栅场板结构的器件在沟道区域的峰值电场强度由2.9 MV·cm^(-1)降低至1.7 MV·cm^(-1),从而降低了重离子入射器件后,碰撞离化产生载流子的速率,另一方面,引入栅场板结构也扩大了耗尽区的范围,使得栅极的控制能力增强,将器件发生SEB的阈值电压从110 V提升至340 V;最后通过仿真优化SiO_(2)钝化层的厚度以及栅场板的长度,得到了抗SEB能力更强的器件结构参数,进一步将器件SEB阈值电压提升至380 V。

新一代功率半导体β-Ga2O3器件进展与展望

Ga2O3是一种新兴的超宽禁带半导体材料,具有超宽带隙4.8 eV、超高理论击穿电场8 MV/cm以及超高的Baliga品质因数等优良特性,作为下一代高功率器件材料其越来越受到人们的关注。首先,回顾了宽禁带半导体材料β-Ga2O3的基本性质,包括β-Ga2O3的晶体结构和电学性质,简述了基于β-Ga2O3制造的功率器件,主要包括肖特基势垒二极管(SBD)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)。总结回顾了β-Ga2O3SBD和MOSFET近年来的研究进展,比较了不同结构器件的特性,并分析了目前β-Ga2O3功率器件存在的问题。分析表明,β-Ga2O3用于高功率和高压电子器件具有巨大潜力。

高电流密度Ga2O3 MOSFET器件的研制

研制了一款具有高漏源饱和电流密度的Ga2O3MOSFET器件。采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法在Fe掺杂半绝缘（010） Ga2O3同质衬底上外延得到n型β-Ga2O3薄膜材料,n型Ga2O3沟道层Si掺杂浓度为2. 0×10^（18）cm^（-3）,n型沟道厚度为80 nm。采用Si离子注入工艺,器件欧姆特性得到大幅改善,欧姆接触电阻降至1. 0Ω·mm。采用原子层沉积（ALD）厚度为25 nm的Hf O2作为器件的栅下绝缘介质层。测试结果表明,在栅偏压为0 V时,器件的开态导通电阻仅为65Ω·mm,漏源饱和电流密度达到173 m A/mm,器件的三端关态击穿电压达到120 V。

基于HfO2栅介质的Ga2O3 MOSFET器件研制

采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法在（010）Fe掺杂半绝缘Ga2O3同质衬底上外延得到n型β-Ga2O3薄膜材料,材料结构包括400 nm的非故意掺杂Ga2O3缓冲层和40 nm的Si掺杂Ga2O3沟道层。基于掺杂浓度为2.0×1018cm-3的n型β-Ga2O3薄膜材料,采用原子层沉积的25 nm的HfO2作为栅下绝缘介质层,研制出Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。器件展示出良好的电学特性,在栅偏压为8 V时,漏源饱和电流密度达到42 m A/mm,器件的峰值跨导约为3.8 m S/mm,漏源电流开关比达到108。此外,器件的三端关态击穿电压为113 V。采用场板结构并结合n型Ga2O3沟道层结构优化设计能进一步提升器件饱和电流和击穿电压等电学特性。

Ga2O3功率器件研究现状和发展趋势

氧化镓（Ga2O3）超宽禁带半导体材料在高频大功率器件领域具有巨大的应用潜力和前景,近几年已成为国内外研发的热点。概述了Ga2O3半导体材料在功率器件应用领域的特性优势和不足,重点介绍了日本、美国和国内的Ga2O3功率半导体器件的研发现状。详细介绍了目前Ga2O3肖特基势垒二极管（SBD）、Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）以及新型Ga2O3功率器件的最新研究成果。归纳出提高Ga2O3单晶和外延材料质量、优化Ga2O3功率器件结构和制造工艺是Ga2O3功率器件未来的主要发展趋势,高功率、高效率、高可靠性和低成本是Ga2O3功率器件未来的主要发展目标。最后总结了我国与美国、日本在Ga2O3功率半导体领域的技术发展差距,以及对未来我国在Ga2O3功率半导体技术方面的发展提出了建议。

β-Ga2O3欧姆接触的研究进展

近年来,随着氧化镓(Ga2O3)晶体生长技术取得突破性进展,氧化镓材料及器件的研究与应用成为国际上超宽禁带半导体领域的研究热点。综述了β-Ga2O3衬底的一些优点以及面临的挑战,重点介绍了如何实现良好的欧姆接触。围绕采用低功函数金属、表面预处理、衬底掺杂和引入中间层的方法,阐述了目前国际上金属/β-Ga2O3欧姆接触的最新研究进展。总结了不同实验条件下可以获得的比接触电阻,目前可以获得的最低比接触电阻是4.6×10^-6Ω·cm^2。最后,预测未来金属/β-Ga2O3欧姆接触的主要研究方向是提高欧姆接触的热稳定性。

采用T型栅结构的高性能Ga2O3 MOSFET

基于n型β-Ga2O3制备了具有T型栅结构的高性能Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在Fe掺杂的半绝缘β-Ga2O3衬底上同质外延生长200 nm厚的Si掺杂n型β-Ga2O3沟道层,掺杂浓度为5×10^17 cm^-3。器件采用栅长为1μm的T型栅结构,栅源间距为2μm,栅漏间距为18μm;采用原子层沉积(ALD)法生长的高介电常数氧化铪(HfO2)作为栅介质。研制的器件漏源饱和电流密度达到115.8 mA/mm,比导通电阻为52.82 mΩ·cm^2。T型栅结构有效抑制了Ga2O3沟道中的峰值电场强度,提升了器件的耐压特性;而高介电常数的HfO2介质有效降低了器件的漏电流,器件的击穿电压达到1953 V,开关比高达109,器件功率品质因子为77.2 MV/cm^2。

高迁移率In0.6Ga0.4As沟道MOSHEMT与MOSFET器件特性的研究

从模拟和实验两个方面对高迁移率In_(0.6)Ga_(0.4)As沟道金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOSHEMT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件开展研究工作.研宄发现InAlAs势垒层对Ino_(0.6)Ga_(0.4)AsMOSHEMT的特性具有重要影响.与Ino_(0.6)Ga_(0.4)As MOSFET相比,Ino_(0.6)Ga_(0.4)As MOSHEMT表现出优异的电学特性.实验结果表明,In_(0.6)Ga_(0.4)As MOSHEMT的有效沟道迁移率达到2812 cm^2/V.s^(-1),是In_(0.6)Ga_(0.4)As MOSFET的3.2倍.0.02 mm栅长的MOSHEMT器件较相同栅长的MOSFET器件具有更高的驱动电流、更大的跨导峰值、更大的开关比、更高的击穿电压和更小的亚阈值摆幅.