近日，基于苏州镓和半导体有限公司氧化镓衬底及外延片开展的器件验证工作取得新进展。研究团队在(001) β-Ga2O3材料上制备了场板辅助台面终端垂直肖特基势垒二极管，实现1950 V击穿电压。相关成果以“Enhanced Performance and Reliability in Ga₂O₃ Schottky Barrier Diodes with Field Plate Assisted Mesa Termination”为题，被《Chinese Physics B》接收发表。

从材料表征走向器件验证

对于面向功率电子应用的β-Ga2O3材料，X射线衍射、表面形貌和载流子浓度等常规表征能够反映材料的基本质量，但其能否真正支撑高压器件，还需要通过器件加工和电学测试进行验证。

本项工作基于镓和半导体(001) β-Ga2O3衬底及外延片，完成了从材料到垂直功率器件的加工与测试。相关材料顺利兼容台面刻蚀、SiO2介质沉积、肖特基与欧姆接触制备以及快速热退火等工艺，体现出良好的材料质量和器件工艺兼容性。

实现1950 V击穿电压

为更加充分地验证材料对高压器件的支撑能力，研究团队在同一材料上制备了无终端参考器件和场板辅助台面终端器件。无终端器件受阳极边缘电场集中影响，在约377 V时提前击穿；引入场板辅助台面终端后，器件边缘电场得到有效调控，击穿电压提升至1950 V，增幅超过5倍。

图1. (a)参考肖特基势垒二极管（REF-SBD）和(b)场板结构肖特基势垒二极管（FPM-SBD）的结构示意图；(c)FPM-SBD 的扫描电子显微镜(SEM)图像；(d)FPM-SBD 的制备工艺流程。

图2.器件反向击穿特性

与此同时，器件实现了7.9 mΩ·cm2的比导通电阻和约0.90 V的开启电压，在2 V正向偏压下电流密度超过80 A/cm2，对应Baliga功率品质因数约为0.48 GW/cm2，在高耐压与低导通损耗之间实现了较好平衡。

图3.器件正向导通特性

该结果表明，苏州镓和半导体提供的(001) β-Ga2O3材料具有良好的材料质量与器件工艺适配性。经过合理的器件终端设计，其性能潜力得到进一步释放，成功支撑器件实现近2 kV反向阻断，展现出在千伏级垂直功率器件中的应用潜力。

高温与工作稳定性得到验证

除室温静态性能外，研究还考察了器件的温度特性和偏压稳定性。在25-200 ℃范围内，器件保持良好的整流特性和相对稳定的正向压降；经过2.5 V、15 ks正向偏压应力后，器件导通电阻变化约为1.5%，表现出良好的工作稳定性。

图4. REF-SBD与FPM-SBD的温度依赖电学特性

图5. REF-SBD与FPM-SBD在正向偏压应力下的稳定性测试，包括不同应力时间后的正向特性，以及开启电压和导通电阻的变化。

近2 kV垂直肖特基器件的实现，综合验证了镓和半导体(001) β-Ga2O3材料的质量、工艺兼容性和高压应用能力，进一步打通了氧化镓“材料制备—器件加工—性能评价”的验证链条。

来源：镓和半导体

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