【会员新闻】南京邮电大学团队关于Ga₂O₃-on-SiC MOSFET的击穿特性的新进展

        近日，南京邮电大学集成电路科学与工程学院、射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室、氧化镓半导体创新中心以及南京邮电大学南通研究院等团队在科学期刊《Crystals》上发表了一篇名为Breakdown Characteristics of Ga₂O₃-on-SiC Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors（Ga₂O₃-on-SiC MOSFET的击穿特性）的论文文章。

内容摘要

        基于碳化硅（SiC）衬底的Ga₂O₃异质外延能够有效缓解Ga₂O₃ MOSFET的自热效应。文章验证了这一方法的有效性，相较于常规的同质外延Ga₂O₃ MOSFET，得益于SiC的高热导率，Ga₂O₃-on-SiC MOSFET晶格温度降低了约100 °C，如图1所示。然而，由于SiC的击穿强度相对较低（3.2 MV/cm），Ga₂O₃/SiC界面的易发生过早击穿现象。为了深入研究这一效应，论文利用Sentaurus TCAD数值计算，对Ga₂O₃-on-SiC MOSFET的击穿特性进行了详细研究。结果表明，在Ga₂O₃-on-SiC MOSFET中，当SiC衬底达到临界击穿场强时，Ga₂O₃中的电场峰值仅为其击穿场强的75%，如图2所示。通过优化器件结构，Ga₂O₃-on-SiC MOSFET的提前击穿效应得到了显著的缓解。研究揭示了Ga₂O₃-on-SiC MOSFET中的过早击穿效应，并提出了相应的解决办法，为开发高耐压、高导热的Ga₂O₃功率器件提供了理论依据和指导。

图1 （a）Ga₂O₃-on-SiC MOSFET和（b）常规同质衬底Ga₂O₃ MOSFET的晶格温度分布。

图2 （a）Ga₂O₃-on-SiC MOSFET中的二维电场分布。（b）Ga₂O₃层和SiC层在x方向上的电场的分布，分别提取自（a）图中的红色切线和黄色切线。

论文连接：https://doi.org/10.3390/cryst13060917