超宽禁带半导体Ga_(2)O_(3)功率器件、紫外光电器件的新进展(续)

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作者 赵正平 《半导体技术》 北大核心 2025年第5期417-434,共18页

在电动汽车等绿色能源应用和发展的带动下,宽禁带半导体材料SiC、GaN电力电子产业成为新一代产业的发展主流,而有可能成为下一代电力电子学发展的超宽禁带半导体材料金刚石、Ga_(2)O_(3)和AlN已成为目前前瞻性的科研热点,其中Ga_(2)O_(3... 在电动汽车等绿色能源应用和发展的带动下,宽禁带半导体材料SiC、GaN电力电子产业成为新一代产业的发展主流,而有可能成为下一代电力电子学发展的超宽禁带半导体材料金刚石、Ga_(2)O_(3)和AlN已成为目前前瞻性的科研热点,其中Ga_(2)O_(3)在这三种半导体材料中具有单晶尺寸发展最快、成本最低和功率二极管性能已接近工程化等特点,预判Ga_(2)O_(3)在电力电子和紫外光电器件两个领域具有提前工程化和后续产业化的发展趋势。介绍了Ga_(2)O_(3)在上述两个领域,如Ga_(2)O_(3)功率二极管、Ga_(2)O_(3)功率FET、Ga_(2)O_(3)紫外光电器件的最新进展。其中包括Ga_(2)O_(3)功率二极管在肖特基势垒二极管(SBD)、异质结二极管和MOS二极管方面的结构设计创新、工艺创新和可靠性;也包括Ga_(2)O_(3)功率FET在MESFET、MOSFET、异质结FET、无极FET和立体晶体管等方向的器件结构设计创新、工艺创新和可靠性;此外,还包括Ga_(2)O_(3)紫外光电器件在光电晶体管、薄膜光电导体、光电二极管、金属-半导体-金属(MSM)光电探测器和异质结构光电探测器等方向的器件结构设计创新、工艺和机理的创新。分析和评价了Ga_(2)O_(3)在电力电子和紫外光电器件两个领域从科研向工程化的发展态势。 展开更多

关键词 超宽禁带半导体 Ga_(2)O_(3) 功率二极管 功率FET 紫外光电器件

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超宽禁带半导体Ga_(2)O_(3)功率器件、紫外光电器件的新进展

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作者 赵正平 《半导体技术》 北大核心 2025年第4期313-332,共20页

在电动汽车等绿色能源应用和发展的带动下,宽禁带半导体材料SiC、GaN电力电子产业成为新一代产业的发展主流,而有可能成为下一代电力电子学发展的超宽禁带半导体材料金刚石、Ga_(2)O_(3)和AlN已成为目前前瞻性的科研热点,其中Ga_(2)O_(3... 在电动汽车等绿色能源应用和发展的带动下,宽禁带半导体材料SiC、GaN电力电子产业成为新一代产业的发展主流,而有可能成为下一代电力电子学发展的超宽禁带半导体材料金刚石、Ga_(2)O_(3)和AlN已成为目前前瞻性的科研热点,其中Ga_(2)O_(3)在这三种半导体材料中具有单晶尺寸发展最快、成本最低和功率二极管性能已接近工程化等特点,预判Ga_(2)O_(3)在电力电子和紫外光电器件两个领域具有提前工程化和后续产业化的发展趋势。介绍了Ga_(2)O_(3)在上述两个领域,如Ga_(2)O_(3)功率二极管、Ga_(2)O_(3)功率FET、Ga_(2)O_(3)紫外光电器件的最新进展。其中包括Ga_(2)O_(3)功率二极管在肖特基势垒二极管(SBD)、异质结二极管和MOS二极管方面的结构设计创新、工艺创新和可靠性;也包括Ga_(2)O_(3)功率FET在MESFET、MOSFET、异质结FET、无极FET和立体晶体管等方向的器件结构设计创新、工艺创新和可靠性;此外,还包括Ga_(2)O_(3)紫外光电器件在光电晶体管、薄膜光电导体、光电二极管、金属-半导体-金属(MSM)光电探测器和异质结构光电探测器等方向的器件结构设计创新、工艺和机理的创新。分析和评价了Ga_(2)O_(3)在电力电子和紫外光电器件两个领域从科研向工程化的发展态势。 展开更多

关键词 超宽禁带半导体 Ga_(2)O_(3) 功率二极管 功率FET 紫外光电器件

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超宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)相关研究进展 被引量：9

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作者 王新月 张胜男 +3 位作者 霍晓青 周金杰 王健 程红娟 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第11期1995-2012,共18页

氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))是一种超宽禁带氧化物半导体材料,其相关研究起源于日本。21世纪初,日本东北大学利用浮区法获得了多晶向的高质量β-Ga_(2)O_(3)单晶晶圆,京都大学开展了β-Ga_(2)O_(3)薄膜外延研究并获得了高质量的同质外延片... 氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))是一种超宽禁带氧化物半导体材料,其相关研究起源于日本。21世纪初,日本东北大学利用浮区法获得了多晶向的高质量β-Ga_(2)O_(3)单晶晶圆,京都大学开展了β-Ga_(2)O_(3)薄膜外延研究并获得了高质量的同质外延片。在此基础上,日本信息通信研究机构于2012年构建了第一个β-Ga_(2)O_(3)金属半导体场效应晶体管(MESFET),证明了β-Ga_(2)O_(3)在功率器件领域拥有巨大潜能,开启了β-Ga_(2)O_(3)研发的新纪元。此后,国际上众多机构加入了β-Ga_(2)O_(3)单晶、外延、器件的研发潮流。随着研发工艺的进步,β-Ga_(2)O_(3)基功率器件的耐压上限一次次被刷新。本文梳理了β-Ga_(2)O_(3)单晶、外延、器件发展的时间线,汇总分析了β-Ga_(2)O_(3)功率器件的研究现状,指出存在的问题和可能的解决方案,并对其未来进行了展望,期望为以后的技术发展提供参考。 展开更多

关键词 氧化镓 晶体生长 外延 功率器件 浮区法 导模法超宽禁带半导体

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超宽禁带半导体氧化镓基X射线探测器的研究进展 被引量：4

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作者 李志伟 唐慧丽 +1 位作者 徐军 刘波 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第3期523-537,570,共16页

X射线具有波长短、穿透能力强等优点,在医学成像、安全检查、科学研究、空间通信等领域具有重要作用。半导体X射线探测器可以将X射线转换为电流信号,具有易集成、空间分辨率高、能量分辨率高、响应速度快等优点。高性能的X射线探测器应... X射线具有波长短、穿透能力强等优点,在医学成像、安全检查、科学研究、空间通信等领域具有重要作用。半导体X射线探测器可以将X射线转换为电流信号,具有易集成、空间分辨率高、能量分辨率高、响应速度快等优点。高性能的X射线探测器应具备暗电流低、灵敏度高、响应速度快、可长时间稳定工作等特点,因此制备X射线探测器的半导体材料应具有电阻率高、缺陷少、抗辐照能力强、禁带宽度宽等性质。氧化镓(Ga_(2)O_(3))是一种新型宽禁带半导体材料,具有超宽禁带宽度、高击穿场强、高X射线吸收系数、耐高温、可采用熔体法生长大尺寸单晶等优点,是一种适合制备X射线探测器的新型材料,近年来基于Ga_(2)O_(3)的X射探测器成为辐射探测领域的研究热点之一。本文主要介绍了Ga_(2)O_(3)半导体的物理性质及其在X射线探测器方面的研究进展,分析了影响X射线探测器性能的物理机制,为提高Ga_(2)O_(3)基X射探测器的性能提供了思路。 展开更多

关键词 氧化镓 超宽禁带半导体 X射线探测器 半导体探测器 响应速度 灵敏度 单晶 薄膜

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低温超临界流体工艺对退化的Ni/β-Ga_(2)O_(3)肖特基势垒二极管电学性能的影响

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作者 宋昱杉 陈浩 +7 位作者 李松 杨明超 杨松泉 杨森 周磊簜 耿莉 郝跃 欧阳晓平 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第9期1574-1583,共10页

先进半导体工艺是提升β-Ga_(2)O_(3)基器件电学性能和修复其在工作环境中性能退化效应的关键技术。近年来,低温超临界流体工艺在降低半导体器件界面态、修复刻蚀工艺损伤和提高器件稳定性等方面展现出显著优势。本研究采用130℃和20 MP... 先进半导体工艺是提升β-Ga_(2)O_(3)基器件电学性能和修复其在工作环境中性能退化效应的关键技术。近年来,低温超临界流体工艺在降低半导体器件界面态、修复刻蚀工艺损伤和提高器件稳定性等方面展现出显著优势。本研究采用130℃和20 MPa的N_(2)O流体,对暴露在空气环境中导致电学性能退化的Ni/β-Ga_(2)O_(3)肖特基势垒二极管(SBDs)进行处理,通过电流-电压和电容-电压特性表征,探究低温超临界流体(SCF)处理前、后电学性能退化的SBDs器件导通特性和击穿特性的变化机理。研究结果表明:经SCF处理的SBDs正向饱和电流密度的升高伴随着体电子陷阱的减少和串联电阻的降低;肖特基势垒高度的提高和耗尽层的展宽有效抑制了电子隧穿,进而导致了漏电流的减小。此外,研究表明,退化后的Ni/β-Ga_(2)O_(3)SBDs的金半接触界面态密度未受到SCF处理的显著影响,具有大时间常数的界面缺陷也未对肖特基势垒高度产生明显影响。本研究为低温超临界流体工艺在优化β-Ga_(2)O_(3)基器件性能方面的应用提供了重要的实验依据和理论支持。 展开更多

关键词 低温超临界流体工艺 超宽禁带半导体 β-Ga_(2)O_(3) 肖特基势垒二极管 界面态密度 电学性能

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新型亚氧化物化学气相传输工艺低成本生长β-Ga_(2)O_(3)厚膜

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作者 陈旭阳 李昊勃 +3 位作者 秦华垚 许明耀 卢寅梅 何云斌 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期445-451,共7页

β-Ga_(2)O_(3)作为一种超宽禁带半导体材料,在功率器件领域具有广阔的应用前景。本工作提出一种快速外延生长β-Ga_(2)O_(3)晶态厚膜的新方法——亚氧化物化学气相传输(SOCVT);该方法具有操作简单、设备价格低廉等优势。利用液态Ga和固... β-Ga_(2)O_(3)作为一种超宽禁带半导体材料,在功率器件领域具有广阔的应用前景。本工作提出一种快速外延生长β-Ga_(2)O_(3)晶态厚膜的新方法——亚氧化物化学气相传输(SOCVT);该方法具有操作简单、设备价格低廉等优势。利用液态Ga和固态Ga_(2)O_(3)高温反应生成的气态Ga_(2)O作Ga源,在常压的CO_(2)气氛中,以设定温度1300℃、坩埚-衬底间距8.5 cm的工艺条件,在c面蓝宝石单晶衬底(1 cm×1 cm)上获得了厚度超百微米的β-Ga_(2)O_(3)晶态厚膜。由XRD图谱分析可知,样品具有(201)择优取向。SEM表征结果显示所沉积厚膜均匀且致密,厚度达106.4μm。XPS分析表明该厚膜的O与Ga的原子比为1.5,化学纯度高,不含碳杂质。由透射光谱测试推算其禁带宽度为4.42 eV。本研究表明,SOCVT技术具有较快的β-Ga_(2)O_(3)生长速度,有望发展成为低成本快速外延生长β-Ga_(2)O_(3)晶态厚膜的一种新方法。 展开更多

关键词 亚氧化物化学气相传输 β-Ga_(2)O_(3) 厚膜 低成本 超宽禁带半导体

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切割角蓝宝石基氧化镓薄膜MOCVD外延及日盲紫外光电探测器制备 被引量：3

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作者 汪正鹏 张崇德 +8 位作者 孙新雨 胡天澄 崔梅 张贻俊 巩贺贺 任芳芳 顾书林 张荣 叶建东 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第6期1007-1015,共9页

本文使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在不同切割角的c面蓝宝石衬底上外延氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))单晶薄膜,揭示了衬底切割角对外延薄膜晶体质量的影响规律。研究表明,当衬底切割角为6°时,β-Ga_(2)O_(3)外延膜具有较小的X射... 本文使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在不同切割角的c面蓝宝石衬底上外延氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))单晶薄膜,揭示了衬底切割角对外延薄膜晶体质量的影响规律。研究表明,当衬底切割角为6°时,β-Ga_(2)O_(3)外延膜具有较小的X射线摇摆曲线半峰全宽(1.10°)和最小的表面粗糙度(7.7 nm)。在此基础上,采用光刻、显影、电子束蒸发及剥离工艺制备了金属-半导体-金属结构的日盲紫外光电探测器,器件的光暗电流比为6.2×10^(6),248 nm处的峰值响应度为87.12 A/W,比探测率为3.5×10^(15) Jones,带外抑制比为2.36×10^(4),响应时间为226.2μs。 展开更多

关键词 超宽禁带半导体 氧化镓薄膜 金属有机物化学气相沉积 日盲紫外光电探测器 切割角 外延

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立方氮化硼的研究进展 被引量：7

8

作者 刘彩云 高伟 殷红 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第5期781-800,共20页

立方氮化硼(c-BN)作为闪锌矿面心立方结构的Ⅲ-Ⅴ族二元化合物,是第三代半导体中禁带宽度最大的材料,还具有高热导率、高硬度、耐高温、耐氧化、化学稳定性好、透光波长范围广、可实现p型或n型掺杂等一系列性能优点,不仅作为超硬磨料在... 立方氮化硼(c-BN)作为闪锌矿面心立方结构的Ⅲ-Ⅴ族二元化合物,是第三代半导体中禁带宽度最大的材料,还具有高热导率、高硬度、耐高温、耐氧化、化学稳定性好、透光波长范围广、可实现p型或n型掺杂等一系列性能优点,不仅作为超硬磨料在各行业的加工领域有广泛的应用,而且作为极端电子学材料在大功率半导体和光电子器件等领域也具有潜在的应用价值,使其适用于高温、高功率、高压、高频以及强辐射等极端环境。本文综述了历年来国内外制备c-BN晶体和外延生长c-BN薄膜的发展历程,重点关注了生长技术进步和晶体质量提高的代表性成果,并对c-BN的机械性能、光学性能以及电学性能方面的研究进展进行阐述,最后对全文内容进行总结并对c-BN应用所面临的挑战进行展望。 展开更多

关键词 立方氮化硼 晶体 外延生长 超硬材料 超宽禁带半导体

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非晶氧化镓基日盲紫外探测器的研究进展 被引量：4

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作者 肖演 杨斯铄 +2 位作者 程凌云 周游 钱凌轩 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1-20,共20页

日盲紫外探测在空间安全通信、臭氧空洞监测、导弹来袭告警等民用与军事领域有着广阔的应用场景和特定的市场价值。氧化镓(Ga_(2)O_(3))具有超宽的带隙(4.4~5.3 eV),几乎覆盖整个日盲波段,被认为是构筑日盲紫外探测器的理想材料之一。... 日盲紫外探测在空间安全通信、臭氧空洞监测、导弹来袭告警等民用与军事领域有着广阔的应用场景和特定的市场价值。氧化镓(Ga_(2)O_(3))具有超宽的带隙(4.4~5.3 eV),几乎覆盖整个日盲波段,被认为是构筑日盲紫外探测器的理想材料之一。相较于单晶和外延氧化镓材料,非晶氧化镓(a-Ga_(2)O_(3))的制备温度更低,工艺相对简单,且衬底的适用范围更广,因此近些年成为Ga_(2)O_(3)基日盲紫外探测领域新的研究热点。本文旨在对a-Ga_(2)O_(3)基日盲紫外探测器的研究进展与现状进行介绍。首先介绍了a-Ga_(2)O_(3)的基本特性以及几种常见的制备方法,进而介绍了各种适用的器件类型、结构及性能。目前,a-Ga_(2)O_(3)基日盲紫外探测器主要分为MSM型、结型、TFT型和阵列型等几大类,通过器件结构优化,进一步提升探测性能。其中,MSM型器件结构简单,响应度高,应用最为广泛;结型器件通过构建肖特基结和异质结等,具有响应速度快、暗电流低和自供电的特点;TFT型器件能够在抑制暗电流的同时放大增益,且可以通过施加栅压脉冲来提升响应速度;阵列型器件主要用于大面积成像。最后,本文对a-Ga_(2)O_(3)日盲紫外探测器未来的发展趋势进行了总结和展望。 展开更多

关键词 非晶氧化镓 光电探测器 光电晶体管 薄膜晶体管探测 日盲紫外 超宽禁带半导体

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温度对氮化铝表面形貌的调控及演化机理 被引量：1

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作者 牛慧丹 孔苏苏 +7 位作者 杨少延 刘祥林 魏鸿源 姚威振 李辉杰 陈庆庆 汪连山 王占国 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1739-1747,共9页

氮化铝(AlN)是一种重要的超宽禁带半导体材料。本文研究了采用氢化物气相外延(HVPE)方法生长氮化铝的表面形貌演化和生长机理。AlN的制备过程是氮化处理后以700~1100℃的不同温度生长,得到四组不同温度下的表面形貌。结果表明,生长温度... 氮化铝(AlN)是一种重要的超宽禁带半导体材料。本文研究了采用氢化物气相外延(HVPE)方法生长氮化铝的表面形貌演化和生长机理。AlN的制备过程是氮化处理后以700~1100℃的不同温度生长,得到四组不同温度下的表面形貌。结果表明,生长温度对AlN的生长形貌和生长模式具有重要的影响。AlN的生长形貌体现在纳米尺度和微米尺度的形貌差异,该结果归因于受生长温度主导的Al原子的表面迁移能力和位错演化。另外,在900℃生长温度下得到具有倒金字塔结构的V坑形貌。V坑面为{10-11}半极性面,并遵循三维(3D)生长模式。这种具有半极性面微观形貌的AlN可作为模板进行半极性紫外LED器件结构或其他Ⅲ族氮化物外延生长,在光电子器件和电子器件研制方面具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 超宽禁带半导体材料 氮化铝 氢化物气相外延 生长温度 表面形貌

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Ga2O3功率器件研究现状和发展趋势 被引量：8

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作者 孙学耕 张智群 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期241-249,284,共10页

氧化镓（Ga2O3）超宽禁带半导体材料在高频大功率器件领域具有巨大的应用潜力和前景,近几年已成为国内外研发的热点。概述了Ga2O3半导体材料在功率器件应用领域的特性优势和不足,重点介绍了日本、美国和国内的Ga2O3功率半导体器件的研... 氧化镓（Ga2O3）超宽禁带半导体材料在高频大功率器件领域具有巨大的应用潜力和前景,近几年已成为国内外研发的热点。概述了Ga2O3半导体材料在功率器件应用领域的特性优势和不足,重点介绍了日本、美国和国内的Ga2O3功率半导体器件的研发现状。详细介绍了目前Ga2O3肖特基势垒二极管（SBD）、Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）以及新型Ga2O3功率器件的最新研究成果。归纳出提高Ga2O3单晶和外延材料质量、优化Ga2O3功率器件结构和制造工艺是Ga2O3功率器件未来的主要发展趋势,高功率、高效率、高可靠性和低成本是Ga2O3功率器件未来的主要发展目标。最后总结了我国与美国、日本在Ga2O3功率半导体领域的技术发展差距,以及对未来我国在Ga2O3功率半导体技术方面的发展提出了建议。 展开更多

关键词 GA2O3 超宽禁带半导体 功率器件 Ga2O3肖特基势垒二极管(SBD) Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)

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单晶金刚石p型和n型掺杂的研究 被引量：1

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作者 牛科研 张璇 +4 位作者 崔博垚 马永健 唐文博 魏志鹏 张宝顺 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第5期841-851,共11页

超宽禁带半导体材料金刚石在热导率、载流子迁移率和击穿场强等方面表现出优异的性质,在功率电子学领域具有广阔的应用前景。实现p型和n型导电是制备金刚石半导体器件的基础要求,其中p型金刚石的发展较为成熟,主流的掺杂元素是硼,但在... 超宽禁带半导体材料金刚石在热导率、载流子迁移率和击穿场强等方面表现出优异的性质,在功率电子学领域具有广阔的应用前景。实现p型和n型导电是制备金刚石半导体器件的基础要求,其中p型金刚石的发展较为成熟,主流的掺杂元素是硼,但在高掺杂时存在空穴迁移率迅速下降的问题;n型金刚石目前主流的掺杂元素是磷,还存在杂质能级深、电离能较大的问题,以及掺杂之后金刚石晶体中的缺陷造成载流子浓度和迁移率都比较低,电阻率难以达到器件的要求。因此制备高质量的p型和n型金刚石成为研究者关注的焦点。本文主要介绍金刚石独特的物理性质,概述化学气相沉积法和离子注入法实现金刚石掺杂的基本原理和参数指标,进而回顾两种方法进行单晶金刚石薄膜p型和n型掺杂的研究进展,系统总结了其面临的问题并对未来方向进行了展望。 展开更多

关键词 金刚石 离子注入 化学气相沉积 超宽禁带半导体 掺杂 N型 P型

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