【会员论文】SCIS丨西电郝跃院士、张进成教授团队联合华润微电子：具有大浪涌电流和短恢复时间的2.5 kV/674 MW/cm²或100 A/2 kV β-Ga₂O₃ HJD‌

        西安电子科技大学郝跃院士、张进成教授、周弘教授的研究团队联合华润微电子器件研究团队在学术期刊 Science China-Information Sciences 发布了一篇名为 2.5 kV/674 MW/cm² or 100 A/2 kV β-Ga₂O₃ heterojunction diodes with large surge current and small recovery time（具有大浪涌电流和短恢复时间的2.5 kV/674 MW/cm² 或 100 A/2 kV β-Ga₂O₃ 异质结二极管）的文章。

        Science China-Information Sciences 是由中国科学院主管、中国科学杂志社出版的自然科学专业学术期刊。期刊主要报道中国在信息科学领域的基础研究和应用研究成果，涵盖人工智能、计算机科学等方向，收录文章类型包括科研论文及综述。最新IF: 7.6、h-index: 44、CiteScore: 12.60，属于JCR分区Q1期刊。

        超宽带隙半导体 β-Ga₂O₃ 具有优异的材料特性，且可提供大面积（6英寸）衬底，在满足高电流、高击穿电压（BV）、低导通电阻（R_on）及低损耗要求的下一代功率二极管领域展现出巨大潜力。因此，开发能够承受数百安培电流和数千伏电压的 β-Ga₂O₃ 二极管至关重要。

        ● 证明了通过采用 p-Cr₂O₃ 异质结和优化的边缘终端技术，氧化镓器件可以在大面积化（25 mm²）过程中依然保持极高性能。

        ● 创造了面积 >1 mm² 器件的 PFOM 记录，并首次实现了单管 100 A 的电流输出。

        ● 该器件在开关速度和损耗方面已能与成熟的 SiC JBS 二极管相媲美，展现出在未来高效高压电源系统中的广泛应用前景。

        本研究文章的成功在很大程度上归功于 p-Cr₂O₃ 这一新型 p 型层材料的选择。研究证明，通过采用 p-Cr₂O₃/n-Ga₂O₃ 异质结结构，可以在保持极低通态电阻的同时显著提升耐压。4 mm² 的器件实现了 2530 V 的击穿电压和 674 MW/cm² 的功率优值。这是目前已知面积大于 1 mm² 的氧化镓二极管中达到的最高功率密度，证明了该体系在高压高效能量转换中的优越性。过去氧化镓器件常受限于电流承载能力，而本研究通过大面积芯片设计解决了这一问题。实现 100 A 电流输出的氧化镓单芯片二极管，标志着氧化镓具备了进入大型电力电子装备的实力。

        本研究得到国家自然科学基金（62222407, 62421005）、广东省基础与应用基础研究基金（2023B1515040024）以及国家杰出青年科学基金（62525402）的支持。

图1 (a) β-Ga₂O₃ 高结点器件横截面示意图；(b) β-Ga₂O₃ 高结点器件的 C-V 特性曲线；(c) 4 mm² 及 (d) 25 mm² 高结点器件的正向特性曲线； (e) 4 mm² 与 (f) 25 mm² β-Ga₂O₃ HJD 在对数坐标系下有无 ET 的击穿特性对比；代表性先进大面积（>1 mm²）β-Ga₂O₃二极管的关键关系：(g) BV与最小 R_on,sp 关系及 (h) PFOM 与 I_max 关系； (i)–(l) 4 mm²与25 mm² 二极管在不同正向电流下的反向恢复特性，及其与商用 SiC JBS 二极管的性能对比； (m)–(p) 4 mm² 与 25 mm² β-Ga₂O₃ HJD 在半正弦脉冲下的浪涌电流/电压波形（插图：I-V 环），以及不同电流下的对应浪涌能量与功率。

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