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【极智课堂】深圳大学材料学院刘新科:基于氮化镓单晶衬底的半导体器件

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-28   来源:中国半导体照明网  浏览次数:3100

当前,新型冠状病毒仍在持续,对产业及企业造成了一定程度的影响,也牵动着各行各业人们的心。在此形势下,中国半导体照明网、极智头条,在国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟指导下,开启疫情期间知识分享,帮助企业解答疑惑。助力我们LED照明企业和产业共克时艰。

本期,极智课堂邀请到深圳大学材料学院研究员、博士生导师刘新科带来了题为“基于氮化镓单晶衬底的半导体器件”的精彩主题分享。

氮化镓材料具有高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐照等优越性能;切合国家 “新基建”的国家战略需求,例如5G/6G、智能电动汽车,大数据中心等,氮化镓是支持新一代移动通信、新能源汽车、高速轨道列车、能源互联网等产业自主创新发展和转型升级的重点核心材料和电子元器件。

GaN-on-GaN技术路线的独特特点:1)缺陷密度极低(103cm-2); (2)横行器件和纵向器件的双可能性; (3) 相同器件面积下,更大的输出电流和更高的器件耐压;(4) 超强的器件可靠性,无电流崩塌等;

氮化镓材料的优势有体积大大减小~40-60%;效率提高降低~60%的热能;可靠性提高,而且高温工作(175oC)

国内外发展现状:美日中战略要地


报告重点详细分享了基于氮化镓单晶衬底的垂直电力电子器件、基于氮化镓单晶衬底的水平HEMTs器件、2D/氮化镓单晶的范德华异质结的半导体器件,包括电力电子器件SBDsPNDsJBSFETsHEMTsRF-HEMTs2D-on-6H 异质结器件等的最新创新成果与技术进展。

电力电子器件:SBDs

主要创新成果:采用HVPESi掺)+MOCVD混合生长技术,充分利用HVPE技术具有生长速度快(7-8um/hour)和炭元素含量低(约1015cm-3)的显著特点,以及MOCVD生长速度可控和掺杂技术成熟的特点。


HVPE+MOCVD混合生长技术,以及TiN金属栅极结构的CMOS兼容工艺;在漂移层厚度12um的条件下,实现了击穿电压1200 

主要创新成果:采用HVPEGe掺)+MOCVD混合生长技术,充分利用HVPE技术具有生长速度快(7-8um/hour)和炭元素含量低(约1015cm-3)的显著特点,以及MOCVD生长速度可控和掺杂技术成熟的特点。

具有应力的衬底在生长过程中带来的晶格大小变化,影响材料生长的质量(背景浓度)HVPE的衬底生长采用Ge掺杂,不仅有利于提高激活率,而且减少应力。Ge掺杂代替Si掺杂,带来了掺杂浓度高,衬底应力低。器件实现了16ns的反向回复时间。


电力电子器件:PNDs

主要创新成果:采用HVPE+MOCVD混合生长技术,充分利用HVPE技术具有生长速度快和炭元素含量低(约1015cm-3)的显著特点,以及MOCVD生长速度可控和掺杂技术成熟的特点。


面对大电流和大功率需要,垂直氮化镓PIN器件实现了1.2A的电流开关;

采用金属场板技术,实现了2400伏击穿电压;

在同质外延衬底上,实现大电压和大电流的二极管输出,实现反向恢复时间21ns.

2D-on-6H 异质结器件

小结


展望

 

 

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