【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】山東大學(xué)集成電路學(xué)院劉超教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華為技術(shù)有限公司研制了世界首款1200V垂直型硅基氮化鎵晶體管，為寬禁帶半導(dǎo)體在中高壓場(chǎng)景的低成本商業(yè)化應(yīng)用提供了全新路徑。相關(guān)成果發(fā)表在第37屆功率半導(dǎo)體器件和集成電路國(guó)際會(huì)議(ISPSD)以及電子器件領(lǐng)域頂級(jí)期刊IEEE Electron Device Letters，Applied Physics Letters。這是山東大學(xué)第二年以第一作者和通訊作者單位在功率半導(dǎo)體頂級(jí)國(guó)際會(huì)議ISPSD發(fā)表論文。上述系列文章的第一作者為山東大學(xué)集成電路學(xué)院2023級(jí)博士研究生馬宇川，通訊作者為劉超教授。
隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體以其耐高溫、超高頻、耐高壓等性能優(yōu)勢(shì)，在諸多領(lǐng)域逐步替代傳統(tǒng)硅基器件。其中，SiC主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車、光伏逆變器等高壓領(lǐng)域(>1200V)；GaN則更適用于5G通信、雷達(dá)系統(tǒng)和通用電源等低壓領(lǐng)域(<650V)。在此背景下，650V～1200V的中高壓區(qū)間，正逐漸成為GaN材料向上突破、SiC材料向下覆蓋的重點(diǎn)攻關(guān)方向。GaN要實(shí)現(xiàn)在中高壓領(lǐng)域的應(yīng)用，必須突破耐高壓、大電流承載等瓶頸。當(dāng)前，日本豐田、日本羅姆等企業(yè)已開發(fā)出基于GaN襯底的1200V垂直型GaN晶體管。該結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)水平型器件，在耐壓能力、功率密度和散熱性能等方面優(yōu)勢(shì)顯著，具備在中高壓場(chǎng)景的應(yīng)用潛力。但是，GaN襯底過(guò)高的成本限制了其規(guī)模化應(yīng)用。
在國(guó)家和省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，山東大學(xué)聯(lián)合華為技術(shù)有限公司基于大尺寸、低成本的硅襯底，率先攻克了導(dǎo)電緩沖層以及氟離子注入終端技術(shù)，開發(fā)了垂直型GaN功率晶體管的外延生長(zhǎng)及器件制備工藝，研制出世界首款1200V垂直型硅基GaN晶體管。該器件的耐擊穿、導(dǎo)通電阻等性能與基于GaN襯底的垂直型GaN晶體管相當(dāng)，但成本大幅降低，為千伏級(jí)電力電子系統(tǒng)提供了高性能、低成本的核心半導(dǎo)體元件。
該成果入選《山東好成果專報(bào)》頭版專題報(bào)道。“山東好成果”是山東省科技廳自2023年7月起重點(diǎn)打造的重大科技成果推介活動(dòng)，通過(guò)常態(tài)化征集、評(píng)價(jià)和發(fā)布機(jī)制，推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用。該成果被國(guó)際產(chǎn)業(yè)媒體Semiconductor Today以及國(guó)內(nèi)多家主流媒體專題報(bào)道。
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