【器件论文】具有各向异性电热特性的 δ 掺杂 β-Ga₂O₃ MOSFET 的电性能优化三维建模

        由哈尔滨工业大学的研究团队在学术期刊 IEEE Transactions on Electron Devices 发布了一篇名为3-D Modeling for Electrical Optimization of Delta-Doped β-Ga₂O₃ MOSFETs With Anisotropic Electrothermal Properties（具有各向异性电热特性的 δ 掺杂 β-Ga₂O₃ MOSFET的电性能优化三维建模）的文章。

摘要

        β-Ga₂O₃ 具有高临界电场强度和超宽禁带宽度，使其在功率电子领域极具潜力；但其较低的热导率使得热管理成为关键问题。本研究通过三维电–热模型，重点优化 β-Ga₂O₃ 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的散热性能，从而提升其电学表现。模型中考虑了迁移率与热导率的各向异性、沟道取向以及 δ 掺杂工艺等因素。结果显示，热导率的各向异性对器件电学特性的影响显著高于迁移率的各向异性。对不同沟道取向的 MOSFET 进行模拟发现，具有 45° (010) 取向沟道的 β-Ga₂O₃ 在电学性能上表现最佳，这归因于其最高的热导率。δ 掺杂效应研究表明，提高电荷密度可通过拓宽耗尽区来提升击穿电压，其最佳值为 5×10¹³ cm^-2。然而，过高的掺杂密度可能导致局部击穿。当 δ 掺杂层靠近沟道界面时，可使电场分布更加均匀并提高击穿电压，但若距离过近则会产生不利影响。经过优化设计的 β-Ga₂O₃ MOSFET 实现了高关断击穿电压（V_br = 2284 V）、高功率品质因数（PFOM = 369.5 MV/cm²），以及低比导通电阻（R_on,sp = 14.1 mΩ·cm²）。本研究强调，在 β-Ga₂O₃ MOSFET 的设计中，必须将电学性能与热管理协同考虑，以实现最佳器件性能。

原文链接：

https://doi.org/10.1109/TED.2025.3625537