【会员论文】电子科技大学---1380 V β-Ga₂O₃ 沟槽MIS型超低漏电流肖特基势垒二极管

        由电子科技大学的研究团队在学术期刊 Japanese Journal of Applied Physics 发布了一篇名为 1380 V β-Ga₂O₃ trench MIS-type Schottky barrier diode with ultra-low leakage current（1380 V β-Ga₂O₃ 沟槽 MIS 型超低漏电流肖特基势垒二极管）的文章。

        β-氧化镓（β-Ga₂O₃）具有 4.5 至 4.9 eV 的宽带隙、8 MV cm^-1 的高临界击穿电场、10¹⁴ 至 10¹⁹ cm^-3 的可调控 n 型掺杂浓度、200 cm² V^-1·s^-1 的适中电子迁移率以及相对较低的生产成本，因此在高压功率器件领域极具吸引力。最近，β-Ga₂O₃ 被广泛用于制造高性能功率器件，如肖特基势垒二极管（SBD）、使用 p 型氧化镍的异质结 PN 二极管（HJD）、金属氧化物半导体场效应晶体管和调制掺杂场效应晶体管。对这些器件的研究表明，β-Ga₂O₃ 是一种前景广阔的材料，这些研究工作促进了 β-Ga₂O₃ 功率器件的开发和应用。

        该团队报道了一种具有双层场板终端结构和低成本 Al₂O₃/SiN 介质层的 β-Ga₂O₃ 沟槽型肖特基势垒二极管（T-SBD）。由于沟槽型金属–绝缘体–半导体（MIS）结构所产生的屏蔽效应，相较于传统肖特基二极管（C-SBD），T-SBD 的击穿电压从 700 V 显著提升至 1380 V，含衬底的比导通电阻（R_on,sp）为 6.06 mΩ·cm²。

        与 C-SBD 相比，T-SBD 的巴利加优值从 131 MW/cm² 提升至 314 MW/cm²。此外，T-SBD 的漏电流显著降低，从 C-SBD 的约 0.33 mA/cm² 降至约 38 μA/cm²，展示出优异的电学性能与器件可靠性。

        ·利用沟槽式MIS结构设计，有效抑制了肖特基结处电场，实现了超低漏电流（~38 μA/cm²）和高击穿电压（1380 V）的 β-Ga₂O₃ SBD 器件制备，展现其优异的高压运行能力。

        ·采用双层场板终端设计，使终端处电场集中进一步缓解，提高终端耐压。

        该团队制造出了一种具有双层场版终端和低成本 Al₂O₃/SiN 介电层的 β-Ga₂O₃ 沟槽肖特基势垒二极管。与传统的平面SBD 相比，T-SBD 的击穿电压从 700V（C-SBD）提高到 1380V（T-SBD），而 R_on,sp 几乎没有增加。巴利加优值提高了 139.7%。此外，与传统的 SBD 相比，T-SBD 的漏电流降低了 88.5%。这项研究表明，沟槽式 β-Ga₂O₃ SBD 在高电压和低泄漏电流应用领域具有巨大潜力。

图 1：（a）图 1（a）中沿 AA' 制作的 T-SBD 的示意图；（b）T-SBD 的布局设计。红色图案代表鳍区（肖特基区），蓝色图案代表镍。外圈的镍只是用来定义有源区。

图 2. 测量到的 C-SBD 和 T-SBD 的 IV 曲线。(a) 线性轴。(b) 半对数轴。

DOI：

doi.org/10.35848/1347-4065/adc053