动力、信息、国防、轨道交通、电动汽车等范畴的加快速度进行开展，对功率半导体器材功用提出了更高的要求，高耐压、低损耗、大功率器材成为未来开展的趋势。氧化镓作为新一代功率半导体资料，禁带宽带大、抗极点环境强，有望在未来功率器材范畴发挥十分十分重要的效果。但氧化镓功率半导体器材面向产业化依然有许多问题，包含边际峰值电场难以按捺、增强型晶体管难以完成。该课题组针对这两个痛点别离做了如下作业：
现在，因为氧化镓P型掺杂任旧存在应战，氧化镓同质PN结作为十分十分重要的根底器材暂时难以完成，导致氧化镓二极管器材缺少选用同质PN结按捺阳极边际峰值电场（例如场环、结终端扩展等）。为此，选用其他适宜的P型氧化物资料与氧化镓构成异质结是一种可行解决方案。P型半导体NiO因为禁带宽度大及可控掺杂的特色，是现在较好的挑选。
该课题组依据NiO成长工艺和异质PN的前期研讨根底（Weibing Hao, et.al., Applied Physics Letters, 118, 043501, 2021），规划了断终端扩展结构（Junction Termination Extension, JTE），并优化退火工艺，成功制备出耐高压且耐高温的氧化镓异质结二极管。该研讨选用的JTE规划可以有用缓解NiO/Ga2O3结边际电场集合效应，进步器材的击穿电压。退火工艺可以极大下降异质结的反向走漏电流，进步电流开关比。终究测验依据成果得出该器材具有2.5mΩ·cm2的低导通电阻和室温下2.66 kV的高击穿电压，其功率品质因数高达2.83 GW/cm2。此外，器材在250 °C下仍能坚持1.77 kV的击穿电压，表现出极好的高温阻断特性，这是范畴初次报导的高温击穿特性。研讨成果以“2.6 kV NiO/Ga2O3Heterojunction Diode with Superior High-Temperature Voltage Blocking Capability”为题宣布在ISPSD 2022上。榜首作者为我校微电子学院博士生郝伟兵，微电子学院龙世兵教授和徐光伟特任副研讨员为论文一起通讯作者。
图1、结终端扩展NiO/β-Ga2O3异质结二极管（a）截面示意图和器材要害制作细节，（b）与已报导的氧化镓肖特基二极管及异质结二极管的功用比较。
增强型晶体管具有误敞开自维护功用，且仅需求单电源供电，因此在功率使用中一般选用增强型器材。但因为氧化镓P型掺杂技能缺失，场效应晶体管一般为耗尽型器材，增强型结构难以规划和完成。常见的增强型规划的详细方案往往会大幅度的进步器材的开态电阻，导致过高的导通损耗。
针对以上问题，该课题组在原有增强型晶体管规划根底上（Xuanze Zhou, et.al., IEEE Transactions on Electron Devices, 68, 1501-1506, 2021），引入了相同为宽禁带半导体资料的P型NiO，并与沟槽型结构相结合，成功规划并制备出了氧化镓增强型异质结场效应晶体管。该器材达到了0.9 V的阈值电压，较低的亚阈值摆幅（73 mV/dec），高器材跨导（14.8 mS/mm）以及挨近零的器材回滞特性，这些特性标明器材具有十分杰出的栅极控制能力。此外，器材的导通电阻得到了很好的坚持，为151.5 Ω·mm，而且击穿电压达到了980 V。
图2.依据异质PN氧化镓结型场效应晶体管（a）结构示意图及工艺流程图，（b）不同漏极偏压的搬运特性，（c）输出特性曲线，与（d）击穿特性曲线。
该两项研讨得到了国家自然科学基金、我国科学院战略性先导研讨方案、我国科学院前沿科学要点研讨方案、科技委、广东省要点范畴研讨开展方案及我国科学院微电子研讨所微电子器材与集成技能要点实验室敞开课题的赞助，也得到了我国科大微纳研讨与制作中心、我国科大信息科学实验中心、我国科大行星探究与前瞻性技能前沿科学中心、我国科学院姑苏纳米技能与纳米仿生研讨所纳米器材与使用要点实验室的支撑。
