3.3MV/cm，革新天下记录！超低本钱GaN基器件面世

氮化镓技能又有新突破！

6月3日，北京大学物理学院官网公布，他们用硅晶圆制作了GaN晶体，并制备了GaN基功率器件，“这是国际上初次”，不但物理性能优秀，并且“极具本钱上风”。

以GaN基PND器件为例，其导出临界电场强度高达3.3 MV/cm，与理论极限值同等，革新了异质外延GaN基器件耐压的天下记录。

同时，因为采纳硅晶圆，它可以用“极低廉的衬底本钱”，来制作氮化镓器件，从而可以或许以更低的本钱去抢占快充、办事器，乃至汽车等市场，市场远景宽阔。

这项技能得到国度天然科学基金、国度重点研发打算等支持，相干结果近来颁发在《应用物理快报》，并当选为编辑精选。

硅晶圆生长GaN晶体

实现3.3 MV/cm，革新记载

据先容，北京大学物理学院胡晓东传授与美国UCLA谢亚宏传授、日本名古屋大学天野浩传授（诺贝尔物理学奖得主）互助，开辟了一种奇特的外延生长技能，制备了GaN基SBD和GaN基PND。

经测试，这些GaN基器件的物理性能非常优秀。

在PND上，抱负因子n下探至1.8，其室温击穿电压到达490 V，并且在单边结模子下（非穿通），导出临界电场强度高达3.3 MV/cm，与理论极限值同等，革新了异质外延GaN基器件耐压的天下记录，高于其他报道的同质外延GaN基器件的耐压值。

图1：GaN基PND的I-V特性。

在SBD上，抱负因子n下探至稀有的1.0，并在7个数目级的电流范畴内连结在1.05以下；其开启电压低至0.59 V，电流开关比高达1010，软击穿电压达175 [email protected] A/cm2。

图2：GaN基SBD的I-V特性。

北京大学怎样做到？

三维蛇形通道衬底

简洁来说，这项外延技能先制备具有三维蛇形通道的立体叠层掩膜衬底，然后在硅晶圆上异质外延生长了高质量的GaN晶体。

胡传授以为，在立体叠层掩膜衬底上外延的GaN晶体，实现了在完备的条形地区内都是低位错密度的高质量区，为更庞大的高性能跨窗口区的功率电子器件提供了无穷大概。

别的，受益于横向的生长调控，实现了各层的堆叠偏向是非极性的(110)晶面，从而幸免极化电场对能带布局的影响，有望应用于对极化场散射敏感和对频任性能要求高的电子器件；其横向设计也使得漂移层宽度可轻松做到逾越大电压下的耗尽区宽度，而不受异质外延垂直布局中晶体厚度与晶体质量之间抵牾的制约。

详细生长流程如下：

起首，在异质衬底上举行蛇形通道掩膜。

然后，GaN在通道中生长。

第三步，横向生长n+-GaN，并生长AlGaN来引入AlN笼罩掩膜。

第四步，横向生长n--GaN。

第五步，对付PND器件，陆续横向生长p-GaN。

氮化镓器件制备的2浩劫题

众所周知，GaN质料的击穿电压理论上可到达、乃至大于3mV/cm的程度，是硅的10倍（0.3MV/cm），是以，依附这个上风，理论上GaN器件可以或许替换凌驾67%的硅器件市场。

但是，现在环球还没有得当商用的GaN同质衬底，只管三菱化学正在建线，预备生产4英寸的氮化镓衬底（.点这里.），但是代价会非常高。

是以，业界将眼光转向了便宜的大尺寸硅衬底上，盼望通过生长GaN外延层来制备功率器件。但是，因为硅衬底的导电性和低的临界击穿电场会导致孕育发生垂直偏向击穿题目。以是，进步硅基氮化镓功率器件的击穿电压是急需霸占的要害题目。

只管，有机构已经将硅基氮化镓的硬击穿电压做到了1800V（.点这里.），但是缓冲层太厚会导致外延生永劫间变长，从而极大的进步外延生产本钱。

北京大学的新技能有望破解这两大瓶颈。