罗小蓉教授专访 | 聚焦氧化镓前端问题，产业仍需协同发展

随着新一代装备对高耐压、大功率、低功耗和小型化的需求递进，半导体材料的更新迭代是必然趋势。常有一代材料、一代器件和一代装备的说法，氧化镓的出现，让人们看到了功率半导体领域新的发展曙光。

在上个月结束的首届氧化镓技术与产业研讨会上，半导体在线就当前氧化镓发展面临的问题与成都信息工程大学副校长、电子科技大学教授罗小蓉进行了访谈。在罗小蓉教授看来，氧化镓产业要持续发展，前端的技术问题与整体产业链的协同都同样重要。

前端：解决氧化镓P型掺杂仍是研究重点

功率半导体器件与集成技术是电子科技大学的传统优势方向，在国内外享有盛誉。自2000年左右，罗小蓉教授所在的功率集成技术实验室从碳化硅入手开展宽禁带半导体器件研究，2010年开展氮化镓功率器件与集成芯片的研究，到2020年已开始从事超宽禁带氧化镓功率器件与集成技术研究。目前，罗小蓉教授所在的团队已成为国内宽禁带、超宽禁带功率器件与集成技术研究的一流团队。

团队每十年开启一种基于新材料的功率器件研究，也恰恰贴合了材料更新换代的发展趋势。不过，当前氧化镓的研究仍面临着P型掺杂的困境。解决这一前端技术问题，是目前的技术难点，也是必须突破的发展瓶颈。

研究资料表明，杂质半导体的N型和P型可组合制造出更多种类和样式的半导体器件。当前已经可以通过掺入 Si、Ge 和 Sn 等施主元素制备有效的N型导电β-Ga₂O₃，且其掺杂浓度可灵活调控。然而，P型掺杂却没有这么容易。

P型掺杂的困难主要源于β-Ga₂O₃的价带平坦、有效质量大以及易形成自陷空穴等特性，这些因素使得传统掺杂方法难以在β-Ga₂O₃中实现高效的P型导电。尽管研究人员已经尝试了多种方法，如单元素掺杂、双元素共掺杂等，但至今仍未能完全解决这一问题。

有效的P型掺杂与β-Ga₂O₃功率器件发展息息相关，未来β-Ga₂O₃要进行大规模深度应用的情况下也是绕不开P型掺杂。

据罗小蓉教授介绍，没有P型β-Ga₂O₃的情况，可以通过刻槽技术实现β-Ga₂O₃的很高耐压，只不过，刻槽技术会有一个明显弊端——刻蚀的过程中会带来损伤，从而影响其可靠性；当然，场板和磨角等结终端技术以及 RESURF技术也是提高耐压的典型技术。若有P型掺杂，就如Si基器件一样，可以通过采用平面结构实现高耐压，同时保证良好的可靠性。考虑到将来的氧化镓大规模产业化，罗小蓉教授团队更倾向于开发P型掺杂技术，这也是其未来的攻关方向。

高效散热是氧化镓功率芯片的又一难点，氧化镓材料的低热导率直接影响的是产品的可靠性。但现实是：氧化镓的发展离产品规模化应用阶段还有一定距离，后续要推进氧化镓产业发展，这也是不得不提前研究的问题。

综合来看，氧化镓的P型掺杂进展并不算大。另外，从概念理论上来说，氧化镓散热问题可以从厚度减薄和封装角度去考虑。

行业：产业仍需协同发展

氧化镓的出现可以说是几乎把各国的半导体研究拉到了同一起跑线上，尽管起步有先后，但总体差距不大。无论是出于国家战略安全的考量，还是民用产业，氧化镓都是我们必须掌握的半导体材料，也是我们必须占领的高地。

谈及未来对氧化镓的研究，罗小蓉教授分享了自己的观点。她认为氧化镓的单晶衬底研究是最重要的，也是后期外延、器件研究的基础。对于单晶衬底的发展，罗小蓉教授强调道，首先是保证质量，尺寸是其次。她坦言，“就算（尺寸）做得再大，质量没那么好的话，我肯定是宁愿质量更好一些。”

罗小蓉教授继续道，从器件角度而言，要实现高性能，业界可以选择从肖特基二极管入手。因为横向MOS器件电流比较小，做增强型也比较难，并且导通电阻和阈值电压之间也存在矛盾关系。为了追求更高耐压和更高功率，纵向器件是个不错的选择，但目前电学性能也不太理想。此外，外延作为单晶衬底材料和器件之间的桥梁也同样重要，对器件电学性能有着重要影响。

简言之，氧化镓整个产业链需要协同发展。当前氧化镓的企业大多集中在行业的前端，即材料生长领域。除此之外，既需要企业敢于参与器件研制、包括封装，更需要有后端的厂商敢于试用氧化镓器件。这不仅能让氧化镓器件企业找到应用场景的突破口，也能让材料、器件不断更新迭代，从而带动氧化镓产业发展，提升整体信心。由此，还能在大国博弈中提升我国的竞争力。

百尺竿头，更进一步。随着科研工作的不断深入，产业链还需要协同发展。在技术突破方面，我们有理由相信，P型掺杂的难题终将得到解决。一旦实现高效的P型导电，β-Ga₂O₃将在电子器件领域展现出更加广阔的应用前景。从二极管到场效应晶体管，氧化镓功率器件将成为新一代信息技术、节能减排和智能制造等领域中的核心元器件。除此之外，对半导体行业来说，也是一个新的行业发展的契机。

来源： 半导体在线

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