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【国内论文】浙大盛况教授、王珩宇研究员及南京大学叶建东教授团队：新结构打造高压垂直型氧化镓功率器件泛用终端技术

日期：2025-11-13阅读：74

浙江大学盛况教授、王珩宇研究员团队联合南京大学叶建东教授、香港大学张宇昊教授针对高压垂直型氧化镓功率器件的终端电场调控难题开展研究攻关。

功率半导体器件是实现高效能量转换的关键，对于减少能量损耗、降低二氧化碳排放以及推动可持续技术的发展具有重大意义。随着宽禁带（WBG）和超宽禁带（UWBG）半导体材料的引入以及相关器件创新的不断涌现，功率半导体器件正以前所未有的速度向前发展。在众多新兴材料中，β-Ga₂O₃拥有4.5~4.9 eV的超宽禁带、8 MV/cm的高临界电场以及250 cm²/V·s的可观电子迁移率，这些特性使其在功率品质因数（PFOM）方面相较于SiC和GaN等其他宽禁带材料更具优势。此外，β-Ga₂O₃还具备可控的n型掺杂浓度以及易于获得的熔融生长衬底。这些特性不仅有利于实现高质量的同质外延生长，还为构建低成本的器件平台提供了可能。基于这些优势，β-Ga₂O₃器件已经实现了超过8 kV的高击穿电压和超过100 A的大电流，并且已经成功应用于功率转换器中。

然而，没有本征p型掺杂的β-Ga2O3让传统 p–n 结边缘的电场调控异常困难——电场一拥挤，芯片就“原地爆炸”。现有的一项主要方案是通过自对准台面刻蚀工艺，从而减小阳极与台面的间隙，进而降低电场尖峰，实现器件性能的提升。尽管自对准刻蚀可以带来优异的性能提升，但是它的工艺制备兼容性不够好，泛化能力不强；同时刻蚀后的侧壁在钝化后会存在大量电荷，影响器件性能。

为了应对这一挑战，我们提出了一种深台面结构，通过p型NiO覆盖在Ga₂O₃侧壁上作为边缘终端（RESURF），这种p型NiO可以提供正电荷，优化电场分布。这种RESURF台面终端不仅实现了有效的电场管理，而且可以拓展台面终端的通用性，不要求高精度的对准，可以扩展到更多种类的器件中，是一种泛用终端技术。此外，这种基于结的台面终端可以最大限度地减少介电电荷对边缘终端有效性的影响。我们基于这种新型结构实现了最高3214V的耐压，同时也将此结构扩展到了不同外延掺杂的芯片上，该终端结构依旧能高效的工作，在不同的外延上都实现了4.2-4.4MV/cm的结电场。

图1 提出的RESURF-mesa的（a）器件结构，（b）正向导通特性，（c）阻断特性（不同NiO厚度的情况下）。

图2（a）RESURF-mesa在三种外延条件下的反向特性比较。本项工作与其他报道的结果对比：（b）BV versus Ron,sp，（c）Junction Field versus Drift Doping.

DOI：

https://doi.org/10.1063/5.0251699