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【国际论文】KAUST李晓航团队--- 多指型氧化镓MOSFET上单片集成微薄膜热电偶的芯片集成技术
日期：2025-03-10阅读：94
近期，由阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters 发布了一篇名为 Monolithic on-chip integration of micro-thin film thermocouples on multifinger gallium oxide MOSFETs（多指型氧化镓 MOSFET 上单片集成微薄膜热电偶的芯片集成技术）的文章。
摘要
氧化镓（Ga2O3）凭借其超过 4.5 eV 的超宽带隙，在高击穿电压和高效功率转换方面展现出巨大潜力，是下一代功率电子器件的关键材料。然而，多指（MF）氧化镓 MOSFET 设计虽然增强了电流处理能力和热管理能力，但仍面临严重的自热效应，可能导致局部热点、热失控及器件可靠性下降。因此，准确的热表征对于确保这些器件的可靠运行和寿命至关重要。传统热测量方法（如热反射成像、拉曼测温和红外热成像）存在设备复杂、响应速度慢、分辨率受限及成本高等问题，使其难以适用于实时、芯片级测量。而在器件活跃区域内直接进行芯片级热监测，可突破上述限制，捕捉其工作过程中的局部温度变化。该研究在多指 Ga2O3 MOSFET 上集成了微薄膜热电偶（micro-TFTC），实现了精准、实时、局部的温度监测。传感器成功捕捉了不同栅指区域的温度变化，其中最大沟道温度在峰值功耗条件下达 40.5°C。预测结果表明，在高功率密度（5 W/mm2）下，器件温度可升至约 80°C，进一步揭示了氧化镓器件所面临的热管理挑战。本研究表明，微薄膜热电偶不仅兼容复杂器件结构，而且在局部热表征方面表现出极高的有效性，为优化 Ga2O3 功率电子器件的热管理和可靠性提供了有力工具。
图 1. (a) 集成了薄膜热电偶（TFTC）的多指 MOSFET 的三维模型；(b) 放大图像，突出显示漏极和栅极之间沟道区域的微型 TFTC 连接位置。
图 2. 集成薄膜热电偶 (TFTC) 的多指 (MF) MOSFET 结构，用于局部热监测。(a) 器件俯视图，显示多指布局，包括漏极、栅极和源极区域，以及沿沟道设置的传感器。(b) 放大视图，显示位于栅极和漏极之间沟道上的微型 TFTC 结，并标注了关键尺寸。(c) 器件横截面图，显示分层结构，包括金属触点、有源通道和 Fe-Ga2O3 衬底，支持实时原位温度测量。
DOI：
doi.org/10.1063/5.0250985
