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【会员论文】西电郝跃院士、张进成教授团队---具有 RESURF 结构10 kV 耐压的 β-Ga₂O₃ 异质结场效应晶体管
日期：2025-06-03阅读：26
由西安电子科技大学郝跃院士、张进成教授团队在学术期刊 Science China Information Sciences 发布了一篇名为 Breakdown voltage over 10 kV β-Ga2O3 heterojunction FETs with RESURF structure（具有 RESURF 结构 10 kV 耐压的 β-Ga2O3 异质结场效应晶体管）的文章。
项目支持
本研究得到国家自然科学基金（Grant No. 62222407）、广东省自然科学基金（Grant No. 2023B1515040024）和国家重点研发计划（Grant No. 2021YFA0716400）的资助。
背 景
β-Ga2O3 作为一种超宽禁带（~4.9 eV）半导体，因其极高的理论击穿场强（达 8 MV/cm）和优异的功率性能（BFOM 高达 3000），在高压电子器件领域备受关注。然而当前 β-Ga2O3 功率晶体管的击穿电压（BV）受限，现有终端设计多为一维（1D）结构，导致关断态（off-state）电场分布不均，而且缺乏有效的二维（2D）电场调控手段。
该研究团队提出，采用 RESURF（Reduced Surface Field），并引入 P-NiOX/N-β-Ga2O3 异质结结构（HJ-FET），可突破当前设计限制，提升耐压能力。
主要内容
该研究首次实现了在 β-Ga2O3 HJ-FET 中引入二维 RESURF 技术，具体策略包括构建 P-NiOX/N-β-Ga2O3 异质结。通过调控 P-NiOX 层厚度（tNiO），实现电场均匀分布。优化设计下，器件耐压超过 10 kV，PFOM > 63 MW/cm2。验证在 tNiO= 110 nm 时，P-NiOX 与 β-Ga2O3 同时耗尽，形成最理想的电场平坦区。提供理论推导与模拟支持，建立电荷密度与耗尽层厚度之间的解析关系。
总 结
研究团队在 β-Ga2O3 晶体管中展示了 RESURF 技术，该技术有利于实现 E 平面度和 BV 容差。精心设计的电荷密度可确保 P-NiOX 和 N-β-Ga2O3 两侧同时完全耗尽。tNiO = 110 nm 的 RESURF P-NiOX/N-β-Ga2O3 HJ-FET 的 BV 超过 10 kV，PFOM 达到 63 MW/cm2。这些结果表明，β-Ga2O3 在大功率和高电压领域具有相当大的功率潜力。
图文示例
图 1. (a) 具有代表性的 P-NiOX/N-β-Ga2O3 HJ-FET 的横截面示意图。(b) 具有代表性的 P-NiOX/N-β-Ga2O3 HJ-FET 的截面 SEM 图像。(c) tNiO 为 50、150 和 110 nm 的 RESURF β-Ga2O3 HJ-FET 在 VDS 为 3000 V 时，β-Ga2O3 沟道中模拟载流子浓度和模拟三端离态电场分布的横截面示意图。(d) tNiO = 110 nm 的 RESURF P-NiOX/N-β-Ga2O3 HJ-FET 的输出和 (e) 对数尺度传输特性。(f) LGD = 74 µm 时器件的三端击穿特性。(g) 近期先进的 β-Ga2O3 晶体管功率性能基准。
DOI：
doi.org/10.1007/s11432-024-4332-4
