日前，鴻海科技集團(tuán)宣布旗下鴻海研究院半導(dǎo)體所所長(zhǎng)暨陽(yáng)明交通大學(xué)講座教授郭浩中及半導(dǎo)體所研究團(tuán)隊(duì)，攜手陽(yáng)明交大電子所洪瑞華教授團(tuán)隊(duì)，在第四代化合物半導(dǎo)體的關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破。研究成果提高了第四代半導(dǎo)體氧化鎵 (Ga2O3)在高壓、高溫應(yīng)用領(lǐng)域的高壓耐受性能，并已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)材料科學(xué)期刊Materials Today Advances （MATER TODAY ADV）。
本次研究 Heteroepitaxially Grown Homojunction Gallium Oxide PN Diodes Using Ion Implantation Technologies，導(dǎo)入離子注入技術(shù)于異質(zhì)磊晶生長(zhǎng)的同質(zhì)結(jié)氧化鎵PN二極管元件中，結(jié)果展示出優(yōu)異的電性表現(xiàn)。氧化鎵 (Gallium Oxide, Ga2O3) 在高壓及高溫應(yīng)用領(lǐng)域的強(qiáng)大潛力，為未來(lái)高功率電子元件開(kāi)辟了新的可能性。這一研究成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)材料科學(xué)期刊Materials Today Advances。
(圖示：各式半導(dǎo)體材料的理論導(dǎo)通電阻與崩潰電壓關(guān)系，以氧化鎵 (Ga2O3) 為代表的第四代半導(dǎo)體在高壓、高溫應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)越性能，為功率電子器件開(kāi)辟新途徑。)
第四代半導(dǎo)體氧化鎵 (Ga2O3) 因其優(yōu)異的性能，被視為下一代半導(dǎo)體材料的代表，擁有超寬能隙 (4.8 eV)、超高臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng) (8 MV/cm) 等特性，較現(xiàn)有的硅 (Si)、碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等材料具有顯著優(yōu)勢(shì)。這些特性使得氧化鎵特別適用于電動(dòng)車(chē)、電網(wǎng)系統(tǒng)、航空航天等高功率應(yīng)用場(chǎng)景。
此次鴻海研究院與陽(yáng)明交大電子所通力合作，以創(chuàng)新的離子布植技術(shù)成功制造出具備優(yōu)異電性表現(xiàn)的氧化鎵 PN 二極管 (PN diode)，利用磷離子布植和快速熱退火技術(shù)實(shí)現(xiàn)了第四代半導(dǎo)體 P 型 Ga2O3 的制造，并在其上重新生長(zhǎng) N 型和 N+ 型 Ga2O3，形成了 PN Ga2O3 二極管。這一突破性技術(shù)除了能大幅提升元件的穩(wěn)定性和可靠性，并顯著降低電阻。
(圖示：由鴻海研究院半導(dǎo)體所及陽(yáng)明交大電子所研究團(tuán)隊(duì)合力制作的氧化鎵 PN 二極管示意圖與元件剖面?zhèn)纫晥D。)
論文詳細(xì)闡述了這種新型 Ga2O3 PN 二極管的制作過(guò)程和性能特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該元件具有 4.2 V 的開(kāi)啟電壓和 900 V 的擊穿電壓，展現(xiàn)出元件優(yōu)異的高壓耐受性能。
氧化鎵元件將有望成為具有競(jìng)爭(zhēng)力的電力電子元件，能直接與碳化硅元件競(jìng)爭(zhēng)。目前，中國(guó)、日本和美國(guó)在氧化鎵研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。日本已實(shí)現(xiàn)4英寸和6英寸氧化鎵晶圓的產(chǎn)業(yè)化，而中國(guó)多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也在積極推進(jìn)相關(guān)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
(圖說(shuō)：由鴻海研究院半導(dǎo)體所及陽(yáng)明交大電子所研究團(tuán)隊(duì)合力制作的氧化鎵 PN 二極管元件與電性表現(xiàn)分析， (a) 線(xiàn)性刻度 I-V 曲線(xiàn)；(b) 擊穿 (breakdown) 電性表現(xiàn)行為。)
鴻海表示，隨著氧化鎵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，未來(lái)可以期待其在更多高壓、高溫和高頻領(lǐng)域中有更廣泛應(yīng)用。（來(lái)源：鴻海集團(tuán)）
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