【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】山東大學集成電路學院劉超教授團隊聯(lián)合華為技術有限公司研制了世界首款1200V垂直型硅基氮化鎵晶體管，為寬禁帶半導體在中高壓場景的低成本商業(yè)化應用提供了全新路徑。相關成果發(fā)表在第37屆功率半導體器件和集成電路國際會議(ISPSD)以及電子器件領域頂級期刊IEEE Electron Device Letters，Applied Physics Letters。這是山東大學第二年以第一作者和通訊作者單位在功率半導體頂級國際會議ISPSD發(fā)表論文。上述系列文章的第一作者為山東大學集成電路學院2023級博士研究生馬宇川，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體以其耐高溫、超高頻、耐高壓等性能優(yōu)勢，在諸多領域逐步替代傳統(tǒng)硅基器件。其中，SiC主要應用于電動汽車、光伏逆變器等高壓領域(>1200V)；GaN則更適用于5G通信、雷達系統(tǒng)和通用電源等低壓領域(<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攻關方向。GaN要實現(xiàn)在中高壓領域的應用，必須突破耐高壓、大電流承載等瓶頸。當前，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。該結構相較于傳統(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)勢顯著，具備在中高壓場景的應用潛力。但是，GaN襯底過高的成本限制了其規(guī)模化應用。
在國家和省級科技計劃項目的支持下，山東大學聯(lián)合華為技術有限公司基于大尺寸、低成本的硅襯底，率先攻克了導電緩沖層以及氟離子注入終端技術，開發(fā)了垂直型GaN功率晶體管的外延生長及器件制備工藝，研制出世界首款1200V垂直型硅基GaN晶體管。該器件的耐擊穿、導通電阻等性能與基于GaN襯底的垂直型GaN晶體管相當，但成本大幅降低，為千伏級電力電子系統(tǒng)提供了高性能、低成本的核心半導體元件。
該成果入選《山東好成果專報》頭版專題報道。“山東好成果”是山東省科技廳自2023年7月起重點打造的重大科技成果推介活動，通過常態(tài)化征集、評價和發(fā)布機制，推動科技成果轉化應用。該成果被國際產(chǎn)業(yè)媒體Semiconductor Today以及國內多家主流媒體專題報道。
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