半導體產業網訊：近日，電子科技大學功率集成技術實驗室羅小蓉團隊在氧化鎵器件的續流能力方提出一種具有低反向導通損耗的氧化鎵縱向FinFET，并以Low Reverse Conduction Loss β-Ga₂O₃ Vertical FinFET with an Integrated Fin Diode為題在線發表于IEEE Transactions on Electron Devices期刊。

氧化鎵（β-Ga₂O₃）由于其高禁帶寬度（4.5-4.9eV）和高臨界電場（8MV/cm），擁有比GaN和SiC器件更優的BFOM值，有助于在相同額定電壓下降低傳導損耗。目前對氧化鎵場效應管的研究大多集中在如何獲得高擊穿電壓(BV)和閾值電壓(V_th)以及低比導通電阻 (R_on,sp)上。根據最近的研究，在β-Ga₂O₃場效應管中引入Fin通道，可以實現高BV和高V_th，但會導致反向導通電壓(V_on)變大并且損失反向導通。

低反向導通損耗有助于釋放功率轉換系統中感性負載引起的多余能量。使用反并聯續流二極管用于反向導通，能降低V_on，但會引入較大的寄生電感并導致額外的功率損耗和系統不穩定。使用單片集成肖特基勢壘二極管(SBD)可以減少寄生參數，但溫度依賴性差。到目前為止，對β-Ga₂O₃功率晶體管反向導通 特性的改善研究較少。

本文介紹了一種具有集成鰭型二極管（FD）的低反向導通損耗氧化鎵縱向FinFET新結構（RC-FinFET），并利用Sentaurus TCAD仿真對其電學特性進行了研究分析。如圖1(a)所示，RC-FinFET包括FinFET部分和FD部分，實現類MIS的導通和阻斷特性。首先，在零偏置下，由于金屬與β-Ga₂O₃的功函數差，MIS結構的耗盡作用使Fin溝道被夾斷，實現常關的增強型器件；在正向導通和阻斷狀態下，FD的Fin溝道被夾斷，幾乎不影響閾值電壓（V_th）和擊穿電壓（BV）。其次，由于Fin溝道的夾斷作用，可以采用歐姆接觸陽極替代肖特基接觸，形成無結二極管。因此，在反向續流時，無結的FD實現極低的反向導通電壓（V_on）；隨反向偏置增加，沿Fin溝道側壁形成電子積累層，提高反向電流能力。相較于無集成二極管的常規FinFET（C-FinFET），RC-FinFET的FinFET部分和FD部分可以分別調控V_th和V_on，從而同時實現高V_th和低V_on。如圖1(b)所示，所提出的RC-FinFET具有極低的V_on=0.45 V，相較于C-FinFET大大降低且不受柵壓影響。RC-FinFET同時具有高V_th =1.6 V，高BV=2545 V，Baliga優值高達1.41 GW/cm²。此外，與外接續流二極管的傳統方法相比，RC-FinFET減少了寄生電感和總芯片面積，增強了其在高功率和低損耗功率轉換系統中的應用潛力。

圖1. (a) RC-FinFET結構示意圖；(b) RC-FinFET與C-FinFET的反向導通性能對比。

文章的第一作者是電子科技大學博士生魏雨夕，通訊作者是電子科技大學羅小蓉教授和魏杰研究員。該項目由基礎加強計劃重點基礎研究項目支持。

原文鏈接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10130497