2016年11月15日至17日,中國科技部與北京市人民政府主辦的2016中國(北京)跨國技術轉移大會暨第三代半導體國際會議在北京國際會議中心舉行。其中,大會從技術、產業、應用等全鏈條策劃,通過高峰論壇、專題研討、應用峰會、合作論壇和創新大賽等多種形式,圍繞第三代半導體的前沿發展和技術應用設置多個專場重點討論。
11月16日,圍繞氮化鎵及其它新型寬禁帶半導體電力電子器件技術設置的專題分會,由山東大學校長、教授張榮,北京大學物理學院教授、北京大學寬禁帶半導體聯合研究中心主任張國義,美國弗吉尼亞理工大學教授、美國工程院院士Fred C. LEE聯合坐鎮,召集了全球頂級專家精英,打造一場氮化鎵等第三代半導體電力電子器件的盛會。會議現場十分火爆,受場地限制,很多與會代表都站著聽完會議,火爆程度可想而知!
會上,來自香港科技大學教授陳敬作題為“氮化鎵功率器件MIS門結構的穩定性和可靠性”主題報告。
他表示,寬帶隙GaN功率轉換器件是非常理想的功率轉換系統,轉換效率高,結構緊湊,因為它們能提供低損耗傳導,高頻轉換和高溫操作。由于制造成本低, GaN-on-Si側面異質結構場效應晶體管是目前產品研發的重點,與耗盡型場效應管被用于混合共源共柵結構(即低壓硅金屬氧化物半導體場效電晶體、高壓GaN 場效應管),增強型GaN 場效管為單芯片提供解決方案。
其中,GaN MIS-HEMTs(金屬-絕緣體-半導體HEMT)或 MIS-FET(金屬-絕緣體-半導體 FET),具有抑制柵極泄漏,增強柵極擺動的優點,優于傳統的肖特基柵HEMT高壓電力開關。然而,柵極絕緣層另外創建了一個新的介電/ III-N接口,其在界面通常存在于高密度(1012-1014 cm-2eV-1) 淺層和深層陷阱(短期和長期的發射時間常數鬷t ),這就形成了巨大的挑戰。這些陷阱的動態充電/放電過程可能導致閾值電壓(Vth)不穩定。
此外,盡管增強柵極擺動和降低柵泄露達到了非常理想的效果,但由于柵介質可靠性的問題,凹柵極E模式GaN MIS-FET的商業化比P柵極GaN功率晶體管慢得多。廣泛采用柵極電介質非常困難,如 ALD(原子層沉積)制備的氧化鋁,氮化硅,二氧化硅以通過可靠性測試,由于沉積溫度低(300℃),所以薄膜質量相對較低。
報告中還對GaN MIS-HEMTs閘極介電層和具有增強的穩定性和可靠性的MIS-FETs的幾項技術予以詳細介紹。這些技術包括:1)采用氮化界面層(NIL)技術在電介質與GaN之間創建低陷阱密度界面;2)整合 NIL,門槽,氟植入正常的GaN晶體管; 3)LPCVD制備低漏電長壽命氮化硅和柵介質(低壓化學氣相沉積)。