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科技日报记者 吴长锋
26日，记者从中国科学技术大学获悉，该校微电子学院龙世兵教授课题组联合中科院苏州纳米所加工平台，分别采用氧气氛围退火和N离子注入技术，首次研制出了氧化镓垂直槽栅场效应晶体管。相关研究成果日前分别在线发表于《应用物理通信》《IEEE 电子设备通信》上。
随着新能源汽车等行业的发展及其对电力系统控制能力不断提高的要求，氧化镓禁带宽带大、击穿场强高，有望在未来功率器件领域发挥重要的作用。目前，氧化镓材料面临一个重要的难点：难以实现氧化镓的p型掺杂，这导致氧化镓场效应晶体管面临着增强型模式难以实现和功率品质因数难以提升等问题。因此急需设计新结构氧化镓垂直型晶体管，攻克增强型晶体管所需要的电流阻挡层技术，并运用电流阻挡层制备出新设计的氧化镓垂直栅槽晶体管。
研究人员分别采用了氧气氛围退火和氮离子注入工艺制备了器件的电流阻挡层，并配合栅槽刻蚀工艺研制出了不需P型掺杂技术的氧化镓垂直沟槽场效应晶体管结构。氧气氛围退火和N离子注入所形成的电流阻挡层均能够有效隔绝晶体管源、漏极之间的电流路径，当施加正栅压后，会在栅槽侧壁形成电子积累的导电通道，实现对电流的调控。氧化镓在氧气氛围退火能够在表面形成补偿型缺陷，从而形成高阻层。氧气氛围退火工艺是氧化镓较为独特的一种技术手段，这种方式的灵感来源于硅工艺的成功秘诀之一——半导体硅的氧气氛围退火。类似于硅在氧气氛围退火可形成高阻表面层，氧化镓采用该手段制备电流阻挡层具有缺陷少、无扩散、成本低等特点，器件的击穿电压可达到534伏特，为目前电流阻挡层型氧化镓MOSFET器件最高值，功率品质因数超过了硅单极器件的理论极限。
研究人员表示，这两项工作为氧化镓晶体管找到了新的技术路线和结构方案。
（中国科大供图）
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