南科大等团队突破氧化镓功率器件关键技术：实现低压导通与高压击穿的新方案！

通过引入铜阳极，本研究团队在 β-Ga2O3 功率整流器性能方面取得了重大突破。

铜阳极使肖特基二极管在实现卓越性能的同时具备出色的热可靠性

该项目团队发言人、南方科技大学汪晓慧博士指出，通过将 Cu2O/Ga2O3 异质结与低功函数铜阳极集成，该合作项目研制出兼具低于 1 V 导通电压与超过 2 kV 击穿电压的二极管，实现了功率器件性能指标的突破性提升。

该器件由南方科技大学、鹏城实验室、香港大学和深圳职业技术大学的研究人员合作完成，其另一项特点是增强的电场调控能力。据称，高掺杂 p 型 Cu2O 层以及基于 Cu2O 的结终端扩展结构（JTE）能够有效重新分布电场，并抑制峰值电场拥挤。汪晓慧博士表示，这些突破为建立超越传统 NiO/Ga2O3 异质结势垒肖特基二极管结构的新材料平台和设计策略发挥了关键作用。

汪晓慧博士和团队并非首批尝试用 Cu2O 改进 NiO/Ga2O3 结构的研究者。Cu2O 作为替代材料，在两个关键方面表现突出：高阻断电压和低正向电压。此前，日本 NCT 已报道成功制备安培级大面积二极管，该器件在高电流密度和开关性能方面进行了优化。

汪博士提出，研究团队引入了低功函数铜阳极，并通过原位铂层形成优化 p 型接触层。并且还指出 NCT 团队采用镍接触层并通过剥离沟槽填充 Cu2O 工艺制备的器件，其导通电压和单位导通电阻值显著更高。

团队研发的器件另一优势在于其优化的平面 p-Cu2O 环结构，该设计有效抑制了电场拥挤现象，并将峰值电场转移至漂移区。

汪晓慧博士及其团队的研究不仅聚焦器件设计，更涵盖制备工艺，器件受益于严谨的界面工程设计，包括高空穴浓度的氧化铜层、原位铂接触层及表面预处理工艺。这些工艺显著降低了漏电流，实现了更均匀的电场分布，并提升了热/电学可靠性。

研究人员以外延晶圆为基础制备器件，该外延结构包含一层 10 μm 厚的硅掺杂漂移层，生长于高浓度锡掺杂的本征衬底之上，并被加工为肖特基势垒二极管和异质结势垒肖特基二极管。对异质结势垒肖特基二极管的表征结果显示，其开启电压为 0.83 V，击穿电压为 2345 V，功率性能指标为 1.22 GW·cm-2。

团队还评估了器件的长期可靠性。在 425 K 条件下施加 200 V 反向偏压应力持续 10,000 s 后，器件的动态导通电阻和开启电压几乎未出现退化。汪晓慧博士表示，结合陷阱相关机制分析，这些结果为氧化镓器件在高温、高电压应用中的实际部署提供了关键实验依据。

团队的目标之一是通过受控氧化、优化表面处理和替代沉积策略相结合的方法提升异质结质量。汪晓慧博士说明，这些努力有望抑制界面陷阱密度，提高载流子传输均匀性，并进一步降低漏电流和势垒不均匀性。

此外，团队还计划：在保持 4.5 mΩ·cm2 的低比导通电阻的同时提高击穿电压，这一目标将通过引入多区域结终端扩展结构、场板结构或混合终端结构来实现；同时探索其二极管的片上集成应用，例如结合浪涌保护器件、电场控制组件和高压整流器等。

来源：亚洲氧化镓联盟

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