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来源:大国重器

美国佛罗里达大学、美国海军研究实验室和韩国大学的研究人员在AIP出版的《应用物理学》上发表了研究有关,展现最具前景的超宽带化合物——氧化镓(Ga2O3)的特性、能力、电流限制和未来发展前景。


氧化镓基本性能

在微电子器件中,带隙是决定底层材料的导电性的主要因素。大带隙材料通常是不能很好地导电的绝缘体,而具有较小带隙则是是半导体。与使用成熟带隙材料(如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN))制造的传统小带隙硅基芯片相比,氧化镓能够在更高的温度和功率下工作。

 

氧化镓具有4.8电子伏特(eV)的极宽带隙,超过硅的1.1eV及SiC和GaN的3.3eV,使氧化镓能够承受比硅、SiC和GaN更大的电场而不会发生击穿。此外,氧化镓在较短距离内处理相同的电压,对于制造更小、更高效的高功率晶体管非常有用。

 

佛罗里达大学材料科学与工程教授、论文作者Stephen Pearton说:“氧化镓为半导体制造商提供了一种高度适用于微电子器件的衬底材料。该化合物非常适用于为电动汽车的配电系统或转换器,这些转换器能将电力从风力涡轮机等替代能源转移到电网中。”

 

氧化镓MOSFET

Pearton和他的同事们还研究了氧化镓作为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的潜力。Pearton说:“传统上,这些微型电子开关由硅制成,用于笔记本电脑、智能手机和其他电子产品。对于像电动汽车充电站这样的系统,我们需要能够在比硅基器件更高的功率水平下工作的MOSFET,而氧化镓可能就是解决方案。”为了实现这些先进的MOSFET,作者确定了需要改进栅极电介质,以及更有效地从器件中释放热量的热管理方法。

 

结论

Pearton得出结论,氧化镓不会取代SiC和GaN,后两者是硅之后的下一代主要半导体材料,但更有可能在扩展超宽带隙系统可用的功率和电压范围方面发挥作用。他说:“最有希望的应用可能是电力调节和配电系统中的高压整流器,如电动汽车和光伏太阳能系统。”


参考文献

S. J. Pearton, Fan Ren, Marko Tadjer, Jihyun Kim. Perspective: Ga2O3 for ultra-high power rectifiers and MOSFETS. Journal of Applied Physics, 2018; 124 (22): 220901 DOI: 10.1063/1.5062841



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