半導體材料氧化鎵因其超寬禁帶和高臨界擊穿電場，其巴利加優值（3444）遠大于 SiC（340）和 GaN（870），且可通過多種較低成本的熔體法生長高質量、大尺寸的單晶，能夠滿足新一代電源系統與功率電子裝置大功率、高效率和小型化發展需要。氧化鎵被某國明確列為出口管制，近日，我國也對鎵、鍺相關物項實施出口管制，氧化鎵已成為國際科技戰略必爭高地，是國內外研究的熱點和重點。近年來，電子科技大學羅小蓉教授課題組開啟超寬禁帶氧化鎵器件研究，在新型氧化鎵功率整流管和晶體管及其可靠性研究方面取得一系列新進展，在領域國際權威期刊和頂級會議發表多篇論文，授權多項專利。

一、氧化鎵功率器件

針對氧化鎵功率器件的擊穿電壓遠低于理論極限且難以實現增強型器件的技術難點，項目團隊提出4個新結構，提高整流器件耐壓并降低開啟電壓，提升晶體管閾值電壓并降低反向導通壓降。研制出具有空氣橋場板和熱氧化終端復合結構的氧化鎵肖特基勢壘二極管（CT SBD）[1]，與無復合終端結構的器件相比，擊穿電壓提高176%，且反向恢復時間相較于商用SiC和Si二極管分別降低25%和81%。研制具有NiO/氧化鎵異質結和場板的氧化鎵結勢壘肖特基二極管（FP JBSD）[7]，在3000分鐘高溫應力前后，FP JBSD的正向I-V、C-V特性和擊穿電壓幾乎不變。提出具有Fin溝道、歐姆接觸陽極和復合場板的無結二極管（FOCF Diode）[2]，實現0.45V低開啟電壓；并將該氧化鎵無結二極管與FinFET兼容集成，使得閾值電壓和反向導通電壓可以單獨控制，獲得兼具低反向導通電壓0.45V和高閾值電壓1.6V的增強型氧化鎵RC-FinFET [3]，增強其在高功率和低損耗功率轉換系統中的應用潛力。

二、氧化鎵 MOSFET可靠性

氧化鎵器件有望在大功率和高溫等極端環境下工作，因此研究氧化鎵器件在電場和熱場下等多物理場下缺陷響應機制并提出可靠性加固技術對于推進其應用至關重要。團隊系統性的分析了氧化鎵 MOSFET在電-熱應力下的不穩定性，揭示了電場、熱場下的器件性能退化機制和物理模型。研究發現，隨著應力時間(t_s)的增加，正偏壓應力（PBS）會使氧化層中的邊界陷阱捕獲溝道電子導致V_GS-I_DS曲線正向漂移，隨著環境溫度的升高，遲滯分析發現深受主界面態逐漸被激活并參與捕獲過程。在125℃正偏壓應力(PBTS)下，深受主界面態與邊界陷阱一起導致器件發生更加嚴重的V_GS-I_DS曲線漂移[4]。與正偏壓應力不同，常溫負偏壓應力（NBS）下邊界陷阱（ΔN_bd）、界面態（ΔN_it）和體陷阱三者共同作用導致氧化鎵 MOSFET性能的退化，提出的電離陷阱模型解釋了正/負偏壓應力下的非統一機制，并通過仿真驗證了模型的準確性[5]。研究了NiO/β-氧化鎵異質結柵FET在不同應力大小和應力時間下的退化機制，發現在負偏壓應力下存在兩種不同的退化機制，這為NiO/β-氧化鎵異質結器件開發可靠性加固技術提供理論指導[6]。

據悉，電子科技大學羅小蓉教授課題組近年來牽頭和參與了2項國家某科技計劃重點項目，其中1項電子科技大學作為牽頭單位，羅小蓉作為技術首席，與國內在超寬禁帶半導體氧化鎵材料與器件領域的一流團隊如中電集團第13研究所、西安電子科技大學和中國科學技術大學等單位緊密合作，項目取得系列重要進展。

原文鏈接：

[1] https://ieeexplore.ieee.org/document/9392264

[2] https://ieeexplore.ieee.org/document/9975152

[3] https://ieeexplore.ieee.org/document/10130497

[4] https://ieeexplore.ieee.org/document/9831113

[5] https://ieeexplore.ieee.org/document/9882012

[6] http://www.jos.ac.cn/en/article/id/b242a0ef-b389-4569-b50d-cc004066034c

[7] https://ieeexplore.ieee.org/document/9813623