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西安电子科技大学教授张金风:金刚石超宽禁带半导体材料和器件新进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-11-27 来源:中国半导体照明网浏览次数:1466
11月25-27日,由深圳市龙华区科技创新局特别支持,国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)、第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA)主办,深圳第三代半导体研究院与北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司共同承办的第十六届中国国际半导体照明论坛(SSLCHINA 2019)暨2019国际第三代半导体论坛(IFWS 2019)在深圳会展中心召开。
 
11月26日上午,“超宽禁带半导体技术” 分会如期召开。本届分会由苏州锴威特半导体股份有限公司、中国电子科技集团第十三研究所、国家电网全球能源互联网研究院有限公司、英诺赛科科技有限公司协办。
 
以金刚石、氧化镓、氮化铝、氮化硼等为代表的超宽禁带半导体材料的研究和应用,近年来不断获得技术的突破。超宽带半导体材料具有更高的禁带宽度、热导率以及材料稳定性,在新一代深紫外光电器件、高压大功率电力电子器件等意义重大的应用领域具有显著的优势和巨大的发展潜力。

日本国立佐贺大学同步辐射光应用研究中心主任、电气电子系教授郭其新,西安电子科技大学教授张金风,瑞士Microdiamant研发部门负责人Christian JENTGENS,郑州大学教授、日本名古屋大学客座教授刘玉怀,西安交通大学副教授李强,北京大学刘放、中国科学技术大学赵晓龙等来自中外嘉宾联袂带来精彩报告。
张金风

会上,西安电子科技大学教授张金风做了题为“金刚石超宽禁带半导体材料和器件新进展”的主题报告。她介绍说,金刚石属于新兴的超宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大,耐击穿,载流子迁移率高,热导率极高,抗辐照等优点。在热沉,大功率、高频器件,光学窗口,量子信息等领域具有极大应用潜力。

报告中介绍了大尺寸金刚石单晶的制备方法最成功的是同质外延的克隆拼接生长方法和在Ir衬底上异质外延的生长方法。她表示,实现室温下高电离率的体掺杂尤其是N型掺杂仍然比较困难,主要在高压二极管方面有一些应用;而场效应管器件主要依靠氢终端金刚石P型表面电导来实现。氢终端金刚石场效应管已经实现了饱和输出电流密度1.3A/mm,击穿电压2kV,截止频率53GHz,最大振荡频率120GHz,1GHz连续波输出功率密度3.8W/mm等器件性能。

在金刚石材料生长方面,西安电子科技大学在国内首次报道了单晶金刚石的有效扩径生长,实现了国内公开报道的边长最大(10 mm)的金刚石CVD单晶材料,材料质量达到了元素六公司标准级单晶水平。首次对氢终端金刚石表面的二维空穴气的低场迁移率随温度和载流子浓度的变化关系给出了定量理论解释。

在高性能金刚石MOSFET器件研究方面,我们率先开展了MoO3栅介质的金刚石MOSFET器件研究。与国际上报道的同等栅长金刚石MOSFET器件相比,我们研制的器件的导通电阻降低到了三分之一,同时,跨导提高了约3倍。同时证明了器件在200℃下工作的热稳定性。相关的结果两次发表在微电子领域顶级快报IEEE Electron Device Letters 上面。这分别是中国大陆在金刚石电子器件研究方面发表在IEEE期刊上面的第一篇和第二篇文章。基于低温ALD氧化铝栅介质和钝化层,栅长 2 μm的金刚石 MOSFET 器件实现了高达 339 mA/mm 的饱和输出电流,这是目前报道的同等栅长金刚石 MOSFET 器件的最高值之一;还验证了器件的连续工作稳定性。

最后,她还介绍了近期还实现了高性能增强型金刚石MOSFET,制备出便于集成的高性能增强型铁电栅介质金刚石MOSFET,首次观测了金刚石MOSFET的脉冲开关特性等。面向未来,金刚石MOSFET向高温高压器件和微波功率器件发展,仍有相当大的挑战。我们将不懈努力,推动金刚石超宽禁带半导体材料和器件的研究发展。
(内容根据现场资料整理,如有出入敬请谅解)
 
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