【会员论文】中科院上海微系统与信息技术研究所的团队通过衬底工程和器件封装的一体化设计实现极低热阻的 β-Ga₂O₃ MOSFET

        近期，由中国科学院上海微系统与信息技术研究所的研究团队在学术期刊ACS Applied Materials & Interfaces发布了一篇名为Extremely Low Thermal Resistance of β-Ga₂O₃ MOSFETs by Co-integrated Design of Substrate Engineering and Device Packaging（通过衬底工程和器件封装的一体化设计实现极低热阻的 β-Ga₂O₃ MOSFET）的文章。

摘要

        氧化镓 (Ga₂O₃) 作为一种极具前景的超宽禁带半导体，有望在电子器件中超越当前的宽禁带材料，如 GaN 和 SiC 的性能。然而，Ga₂O₃ 的广泛应用受到其极低的热导率和缺乏有效的器件级热管理策略的阻碍。在本研究中，通过对基板工程进行联合设计，结合层转移和器件封装，制备了 Ga₂O₃ 金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)。3D 拉曼热成像作为一种新的方法来分析器件内部的温度分布，为其热性能提供了宝贵的见解。成功制备了一种高质量的 Ga₂O₃-SiC 异质集成材料，其界面热阻极低，为 6.67 ± 2 m²·K/GW。与同质外延 Ga₂O₃ MOSFETs 相比，Ga₂O₃-SiC MOSFETs 的 I_on/I_off 降级幅度降低了 1.5 个数量级，R_on 降级幅度降低了 31%，显示出 Ga₂O₃-SiC MOSFETs 的出色热稳定性。通过额外的器件封装，Ga₂O₃-SiC MOSFET 的热阻显著降低了一个数量级，达到了报告的 Ga₂O₃ MOSFETs 中的记录低值 4.45 K·mm/W。这项工作展示了一种有效的器件级热管理策略，适用于下一代 Ga₂O₃ 电力和射频应用。