西安電子科技大學(xué)郝躍院士團隊關(guān)于超寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件的研究進展
作者：何云龍，陸小力，孫靜，張金風(fēng)，鄭雪峰，馬佩軍，馬曉華，郝躍
（寬禁帶半導(dǎo)體國家工程研究中心，西安電子科技大學(xué)，陜西省西安市 710071）
摘要
以氧化鎵、金剛石和氮化鋁為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體是繼硅、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅之后的第四代半導(dǎo)體材料，已被公認是推動微電子技術(shù)繼續(xù)高速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，成為世界各國競爭的技術(shù)制高點。超寬禁帶半導(dǎo)體具有大功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優(yōu)越性能，是新一代大功率集成電路、電力電子功率器件、短波長光電器件與探測器件的理想材料。本文通過結(jié)合國際國內(nèi)最新研究進展，概述了氧化鎵，金剛石，氮化鋁這三種超寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件的相關(guān)研究，并以此對未來進行了展望。
引言
以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體，已經(jīng)在射頻電子、電力電子和光電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是仍然存在一些問題有待解決。如氮化鎵（GaN）單晶襯底尺寸小、器件動態(tài)特性差、缺陷界面機制不明晰等；碳化硅（SiC）仍存在材料成本高、加工難度大等技術(shù)困難。隨著新能源、光伏產(chǎn)業(yè)的快速崛起，輸出功率大、能量損耗低的電路系統(tǒng)成為未來發(fā)展趨勢，而GaN與SiC略顯疲態(tài)。因此，開發(fā)氧化鎵（Ga2O3）、金剛石（Diamond）和氮化鋁（AlN）為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體受到了產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并取得了一定進展。
超寬禁帶半導(dǎo)體具有比GaN、SiC更高的禁帶寬度，因此具有更高的擊穿電場，可以保障器件具有更大的功率密度，同時具有高效、耐高溫、抗輻射能力強等優(yōu)越性能，是新一代大功率微波器件與集成電路、電力電子功率器件、短波長光電器件與探測器件的理想材料。巴利加優(yōu)值（BFOM）是評判功率器件在大功率領(lǐng)域應(yīng)用潛力的重要指標(biāo)，如圖1所示，氧化鎵、金剛石和氮化鋁的巴利加優(yōu)值分別是GaN材料的4倍、29倍和22倍，是SiC材料的10倍、74倍和56倍。以上結(jié)果表明，超寬禁帶半導(dǎo)體在電力電子領(lǐng)域和射頻功率領(lǐng)域均具有巨大的應(yīng)用潛力。近年來，不論在材料生長還是器件制備方面均取得了一系列突破。
本文結(jié)合國際國內(nèi)最新研究進展，概述了氧化鎵，金剛石，氮化鋁這三種超寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件的相關(guān)研究，并給出了未來發(fā)展趨勢，希望為該領(lǐng)域的研究者提供有價值的參考信息。
圖1. 半導(dǎo)體材料的物理特性
1. 氧化鎵材料與器件研究進展
1.1 氧化鎵材料
Ga2O3材料具有超寬的禁帶寬度（約4.8~4.9 eV）和超高臨界擊穿場強（約8 MV/cm）。Ga2O3具有五種同分異構(gòu)體，而β-Ga2O3在大氣壓下是熱力學(xué)最穩(wěn)定的相，其他的相則都屬于亞穩(wěn)態(tài)相，在一定的溫度和濕度條件下都可以轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;-Ga2O3，因此，目前的主流研究均集中于 β-Ga2O3。與GaN基器件和SiC基器件相比，β-Ga2O3基器件理論上在相同耐壓情況下，導(dǎo)通電阻更低、功耗更小，能夠極大地降低器件工作時的電能損耗，因此β-Ga2O3在大功率應(yīng)用中極具潛力。目前日本的NCT公司采用垂直布里奇曼法成功制備出六英寸（100）向單晶襯底，國內(nèi)的鎵仁半導(dǎo)體也通過鑄造法實現(xiàn)了六英寸單晶襯底的生長。由此可見，氧化鎵的單晶襯底在價格成本上具有先天優(yōu)勢。
β-Ga2O3的材料外延技術(shù)主要有氫化物氣相外延（HVPE）、金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD）和分子束外延（MBE）等幾種主流生長方式。其中，HVPE生長速率快、低濃度摻雜可調(diào)等優(yōu)勢在目前的市場占有率很高。而MOCVD外延生長方法不僅可以進行大尺寸外延，同時可以兼顧生長速率，將成為未來氧化鎵外延材料市場化的主力軍。目前，β-Ga2O3外延工藝可以被分為同質(zhì)外延與異質(zhì)外延。同質(zhì)外延又分為（100）、（010）、（001）、（-201）等四種晶體取向，異質(zhì)外延的襯底則多為藍寶石，其主流應(yīng)用方向為光電探測、輻射探測等。
研究者在同質(zhì)外延方面的工作很多，并取得了一定的進展。以（-201）晶向為例，2020年，吉林大學(xué)利用MOCVD技術(shù)制備了高質(zhì)量的β-Ga2O3同質(zhì)外延薄膜，其XRD搖擺曲線的FWHM為21.6 arcsec，均方根（RMS）粗糙度低至0.68 nm[1]。2024年，西安電子科技大學(xué)采用脈沖In輔助技術(shù)，得到了表面粗糙度為0.98 nm，搖擺曲線半高寬為30.42 arcsec的高質(zhì)量外延薄膜，如圖2（a）所示[2]。在異質(zhì)外延技術(shù)方面，2023年，西安電子科技大學(xué)采用脈沖In輔助技術(shù)實現(xiàn)了高質(zhì)量的藍寶石襯底異質(zhì)外延薄膜。（-201）晶面取向的半高寬達到2700 arcsec，表面粗糙度為5.1 nm[3]。2024年，中國科學(xué)院半導(dǎo)體所采用兩步法在藍寶石襯底上實現(xiàn)搖擺曲線半高寬低至0.66°，表面粗糙度為6.8 nm的外延薄膜，并以此制備了光電探測器件，光暗電流比高達1015 Jones[4]，如圖2（b）所示。
圖2. AFM測量的薄膜粗糙度示意圖（a）（-201）β-Ga2O3同質(zhì)外延薄膜，（b）藍寶石襯底上Ga2O3薄膜
1.2 氧化鎵器件
1.2.1 氧化鎵二極管
受限于目前的材料結(jié)構(gòu)，氧化鎵功率二極管主要以垂直型器件為主，其研究點主要集中于提升器件的BFOM值，從而接近其材料的理論極限。另一方面，針對氧化鎵功率二極管開啟電壓較大的問題，研究者也做了一部分工作降低其開啟電壓從而減少導(dǎo)通損耗。
為了實現(xiàn)更高的BFOM值以接近其材料理論極限，2024年，美國佛羅里達大學(xué)采用雙層邊緣介質(zhì)終端技術(shù)，實現(xiàn)了BFOM值為15.2 GW/cm2的功率二極管，其BFOM值是目前已報道結(jié)果最高值[5]。早在2022年，西安電子科技大學(xué)借助雙層濃度的NiOx制造出復(fù)合終端結(jié)構(gòu)二極管，實現(xiàn)了13.2GW/cm²的BFOM值，其擊穿場強達到6.4 MV/cm，導(dǎo)通電阻為5.24 mΩ·cm2[6]，如圖3（a）所示。
為了實現(xiàn)更低的開啟電壓，2023年，美國空軍研究實驗室制造出垂直Pt/TiO2/β-Ga2O3金屬介電半導(dǎo)體（MDS）二極管，由于極化效應(yīng)MDS二極管實現(xiàn)了0.59 V的開啟電壓[7]。同年，西安電子科技大學(xué)創(chuàng)新開發(fā)了N2O等離子體技術(shù)處理陽極區(qū)域，通過形成Ga-N鍵使二極管的開啟電壓降低至0.6 V[8]，如圖3（b）所示。
圖3. （a）復(fù)合終端的異質(zhì)結(jié)二極管及Benchmark圖，（b）N2O等離子體處理二極管及IV曲線
此外，氧化鎵二極管也成為目前最具實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化潛力的功率器件，逐漸成為研究的熱點。2022年，日本NCT公司結(jié)合場板技術(shù)，在12 μm的漂移層上制造出邊長為1.7 mm的大電流二極管，器件正向電流達到了2 A@2 V，導(dǎo)通電阻為17.1 mΩ·cm2，反向擊穿電壓為1200 V，BFOM值為 84 MW/cm2[9]。同年，西安電子科技大學(xué)設(shè)計了一種異質(zhì)結(jié)終端的二極管，器件直徑為620 μm，器件的正向電流達到了7.13 A@4.9 V，導(dǎo)通電阻為6.76 mΩ·cm2，反向擊穿電壓為1260 V，BFOM值為234 MW/cm2[10]。
1.2.2 氧化鎵晶體管
在氧化鎵晶體管的研究領(lǐng)域，研究人員深入且廣泛地探討了多個關(guān)鍵問題，其中主要的研究點依然聚焦于提升器件的BFOM值以接近其材料理論極限，其次，為了實現(xiàn)未來的系統(tǒng)級應(yīng)用，實現(xiàn)增強型器件也不能被忽視。
在提升器件BFOM值方面，2022年，美國猶他大學(xué)制作了Fin形三溝道β-Ga2O3 MESFET，該器件的導(dǎo)通電阻為 5.1 mΩ·cm2，BFOM值為 0.95 GW/cm2[11]。西安電子科技大學(xué)在同年制作了凹槽PN異質(zhì)結(jié)柵結(jié)構(gòu)晶體管，器件的導(dǎo)通電阻為6.24 mΩ·cm2，BFOM值為0.74 GW/cm2，達到國際先進水平[12]。
出于系統(tǒng)應(yīng)用層面的考量，研制高性能的增強型Ga2O3基晶體管至關(guān)重要。目前主流的增強型器件制作方式包括凹槽柵，異質(zhì)結(jié)柵以及鰭式（Fin）柵結(jié)構(gòu)等。2018年，美國空軍實驗室利用凹槽柵結(jié)構(gòu)并通過原子層沉積（ALD）SiO2作為柵介質(zhì)，實現(xiàn)了閾值電壓為2V的增強型器件，其導(dǎo)通電阻為215Ω·mm，擊穿電壓為505 V[13]。2022年，電子科技大學(xué)團隊采用凹槽異質(zhì)結(jié)柵結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了增強型Ga2O3晶體管，器件的導(dǎo)通電阻為15.1 mΩ·cm2，擊穿電壓為980 V，BFOM為63 MW/cm2[14]。2023年，西安電子科技大學(xué)制作了Ga2O3/NiOx異質(zhì)結(jié)柵和肖特基復(fù)合柵結(jié)構(gòu)晶體管，其閾值電壓為3.3 V，擊穿電壓達到2160 V，導(dǎo)通電阻為6.35 mΩ·cm2，BFOM值達到0.73 GW/cm2，是已報道氧化鎵增強型器件中的最高值[15]，如圖4所示。
此外，由于較高的臨界擊穿場強和低串聯(lián)電阻，氧化鎵依然具有可觀的約翰遜優(yōu)值（JFOM），因此在射頻功率領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用前景，眾多學(xué)者開始了對氧化鎵射頻晶體管的研制。2021年，美國布法羅大學(xué)研制出增強型(AlxGa1-x)2O3/Ga2O3異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶體管，該器件的fT，fMAX分別為30、37 GHz，fT·LG達到4.8 GHz·μm[16]。2023年，西安電子科技大學(xué)將Ga2O3溝道材料轉(zhuǎn)移到SiC襯底上，并結(jié)合T型柵結(jié)構(gòu)制作了晶體管，該器件的fT，fMAX分別為27.6、57 GHz，fT·LG為5 GHz·μm，為目前國際報道的最高值[17]，如圖4所示。
圖4. （a）異質(zhì)結(jié)-肖特基復(fù)合柵結(jié)構(gòu)晶體管及其Benchmark圖,（b）T型柵結(jié)構(gòu)的β-Ga2O3 MOSFET及其小信號特性曲線
2. 金剛石材料與器件研究進展
2.1 金剛石材料
金剛石具有禁帶寬度大、擊穿場強高、載流子遷移率和飽和速度高的優(yōu)勢，并且具有自然界最高的熱導(dǎo)率，從半導(dǎo)體的各種品質(zhì)因數(shù)來看，金剛石材料擁有巨大的應(yīng)用潛力，有望將電子元器件推向新的功率極限。同時，金剛石還擁有超強的抗輻照能力、極好的電絕緣特性和快響應(yīng)特性，有望成為下一代脈沖強輻射場探測器的理想材料。此外，金剛石還可作為高性能熱沉襯底，從芯片級散熱的層面促使大功率器件和芯片小型化，在提升電路和系統(tǒng)的性能與壽命方面具有重要應(yīng)用價值。
目前，單晶金剛石制備主要有高溫高壓（HPHT）合成方法和化學(xué)氣相沉積法（CVD）。HPHT合成單晶金剛石是一種模擬自然界中金剛石形成條件的技術(shù)，它在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中具有重要地位。2015年，吉林大學(xué)設(shè)計了新型立方高壓設(shè)備，提升了合成金剛石的質(zhì)量，如圖5所示[18]。但HPHT法制備單晶金剛石的尺寸受到嚴重限制，無法更進一步突破。
圖5. 高溫高壓法合成單晶金剛石
CVD制備單晶金剛石體材料或者薄膜的主流方法主要包括微波等離子體化學(xué)氣相沉積法（MPCVD）和熱絲化學(xué)氣相沉積法（HFCVD）。MPCVD法制備金剛石薄膜技術(shù)經(jīng)過40余年發(fā)展，逐漸走向成熟穩(wěn)定，成為制備金剛石的主流方式。2014年，日本AIST采用馬賽克拼接技術(shù)，將24個10 mm×10 mm“克隆”基片拼接成一個5.08 cm的馬賽克金剛石晶圓，實現(xiàn)了英寸級單晶金剛石[19]。2018年，西安電子科技大學(xué)采用MPCVD系統(tǒng)在種子最大邊對邊寬度為7.5毫米的基礎(chǔ)上，得到了兩邊寬度約為10毫米的同質(zhì)外延單晶[20]。2019年，西安電子科技大學(xué)利用MPCVD系統(tǒng)實現(xiàn)了7個SCD樣品的同時擴大生長，并且進一步擴大到14個SCD樣品的同時生長[21]。
在外延生長研究方面，2015年，北京科技大學(xué)開展了Ir襯底上異質(zhì)外延形核研究，外延形核密度達到108～109cm-2[22]。目前最大尺寸（直徑~90毫米）單晶是德國奧格斯堡大學(xué)在2017年在Ir YSZ/Si（001）復(fù)合襯底上獲得的，其生長時間120 h、厚度為1.6 mm、搖擺曲線（004）半高寬FWHM達到0.064°[23]。西安電子科技大學(xué)在2020年優(yōu)化MPCVD生長方式，實現(xiàn)了高純外延材料生長，材料的XRD（004）面搖擺曲線半高寬僅為46.3 arcsec[24]。
2.2 金剛石器件
2.2.1 金剛石功率器件
金剛石功率器件分為功率二極管與功率晶體管。在功率二極管方面，由于金剛石的n型摻雜技術(shù)尚未成熟，金剛石基肖特基二極管主要通過p型金剛石和金屬形成肖特基結(jié)實現(xiàn)。從結(jié)構(gòu)上可分為垂直型、準(zhǔn)垂直型和橫向型。2021年，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所通過插入含有金屬鎢的緩沖層制備了準(zhǔn)垂直肖特基勢壘二極管。在±8 V電壓下，整流比超過8個數(shù)量級，器件擊穿電壓為375 V[25]。
由于其材料的固有屬性，金剛石功率晶體管通常為耗盡型器件。2022年，日本佐賀大學(xué)制備了Al2O3為介質(zhì)層的MOSFET，該器件最大漏極電流密度可達-0.68 A/mm，最大有效遷移率為205 cm2/（V·s），比導(dǎo)通電阻為7.54 mΩ·cm2。器件的擊穿電壓達到2568 V，BFOM值為874.6 MW·cm-2，是目前金剛石功率晶體管最高值[26]。而要想實現(xiàn)增強型器件需要克服更多的技術(shù)難題，這也是當(dāng)前金剛石功率晶體管研究中的熱點。關(guān)于金剛石增強型器件的主流實現(xiàn)方式包括退火或紫外臭氧處理；利用低功函數(shù)柵極材料；耗盡2DHG溝道；氮離子注入等。2022年，西安電子科技大學(xué)利用Al/BaF2柵極材料實現(xiàn)了高性能常關(guān)氫化金剛石MIS-FET，器件的閾值電壓為-0.90 V，最大跨導(dǎo)和最大飽和電流分別為30 mS/mm和-96.5 mA/mm[27]。2023年，西安交通大學(xué)利用電子束蒸發(fā)的方式在柵下沉積了30nm厚的CeB6，成功實現(xiàn)了閾值電壓為-0.46V金剛石增強型器件。最大電流密度為-83.8 mA/mm[28]。
2.2.2 金剛石輻射探測器
由于金剛石優(yōu)良的抗輻射特性及溫度穩(wěn)定性，其在輻射探測領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。金剛石輻射探測器以勻質(zhì)體電導(dǎo)型（無結(jié)型）結(jié)構(gòu)為主流結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)對金剛石材料在核輻射后產(chǎn)生的載流子的收集特性提出了極高的要求，在電學(xué)特性上表現(xiàn)為載流子輸運特性好、復(fù)合中心和陷阱少、載流子復(fù)合壽命長，這些特性決定了金剛石輻射探測器的電荷收集效率、能量分辨率等指標(biāo)和長期探測性能的穩(wěn)定性。目前金剛石輻射探測器的電荷收集效率可達90%以上（甚至100%），對α粒子和中子的能量分辨率最好結(jié)果分別為0.4%與1.5%。對γ射線/中子/質(zhì)子/重離子等的探測則進一步證明了金剛石的抗輻照特性，在經(jīng)受1015質(zhì)子/cm2、250 Mrad光子輻照以及3×1015中子/cm2輻照后，金剛石探測性能只有輕微的變化。
2020年，西安電子科技大學(xué)提出了一種新型金剛石探測器，該器件在1 V/μm的電場下，暗電流非常低僅為7.46×10-13 A/mm2。在α粒子的輻照下，探測器的CCE為電子（98.6%）和空穴（99.01%），以及能量分辨率為1.04%與0.76%。同時，探測器具有超快的時間響應(yīng)，僅為347.4 ps[29]，如圖6所示。
圖6. 金剛石輻射探測器及其IV曲線
3. 氮化鋁材料與器件研究進展
3.1 氮化鋁材料
氮化鋁（AlN）是典型的Ⅲ-V族化合物，有著優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)如高熱穩(wěn)定性（熔點2100 ℃）、高熱導(dǎo)率[2W/(cm·K)]、高化學(xué)穩(wěn)定性等。AIN還具有良好的壓電和介電性能，因此在能量轉(zhuǎn)換、聲波和MEMS等器件上具有很大的應(yīng)用價值，已被用于微機電系統(tǒng)。針對于AlN材料的研究主要集中在AlN晶體生長與AlN薄膜外延兩個方面。其中，AlN晶體生長主要是采用PVT法進行自籽晶與異質(zhì)籽晶生長。AlN薄膜外延主要采用MOCVD、ALD等方法在藍寶石或4H-SiC襯底上進行異質(zhì)外延生長。
國內(nèi)外有許多團隊對AlN材料開展了研究并取得了一定成果。在AlN晶體生長方面，北京大學(xué)結(jié)合有效的Al原子輸運控制方法，實現(xiàn)了直徑超過62 mm的AlN晶體和直徑超過50 mm的AlN單晶襯底。在AlN薄膜外延方面，該團隊提出了一種基于納米圖形化AlN/藍寶石模板的“可控離散和可控聚合”側(cè)向外延方法（NPATs），使藍寶石襯底上AlN薄膜的位錯腐蝕坑密度降低至104 cm-2量級[30]。與此同時，西安電子科技大學(xué)提出了擴散吸附調(diào)節(jié)外延生長法，獲得了3×3 cm2的柔性AlN薄膜，且RMS為0.748 nm，如圖7 所示。此外，該團隊還通過應(yīng)變工程連續(xù)調(diào)控柔性AlN材料的帶隙，將帶隙降低到4.8 eV，并使響應(yīng)度提高161%，時間響應(yīng)速度加快31%，并降低了暗電流[31]。此外，AlN還可以通過ALD方式生長，起到柵介質(zhì)的作用。2015年，西安電子科技大學(xué)用PEALD生長AlN柵介質(zhì)，與AlGaN/GaN結(jié)合形成MIS-HEMT器件，器件的跨導(dǎo)峰值為289 mS/mm，同時還顯著改善了柵界面特性，界面電荷降低至3.1×1011cm−2[32]。
圖7. AlN薄膜及其顯微、拉曼特性
3.2 氮化鋁器件
針對AlN器件的研究主要集中于二極管、MESFET、光電探測器等。其中，AlN基二極管表現(xiàn)出較好的特性而受到廣泛研究。2023年，亞利桑那州立大學(xué)首次在AlN襯底上實現(xiàn)了擊穿電壓達到3 kV的AlN肖特基二極管，泄漏電流僅為200 nA[33]。2024年，名古屋大學(xué)采用分布式極化摻雜方法在AlN襯底上制備了AlGaN p-n垂直二極管，如圖8（a）所示，擊穿場強達到7.3 MV/cm，實現(xiàn)了6.5 V的開啟電壓和3 mΩ·cm2的導(dǎo)通電阻，為目前所報道的AlN基p-n二極管最小值[34]。同年，西安電子科技大學(xué)實現(xiàn)了高性能AlN/GaN雙勢壘共振隧穿二極管，其峰值電流達到了創(chuàng)紀(jì)錄的1551 kA/cm2，峰谷電流比為1.24[35]，如圖8（b）所示。
圖8. （a）p-n二極管的橫截面圖及IV特性曲線，（b）AlN/GaN雙勢壘共振隧穿二極管及其IV特性曲線
此外，由于AlN具有很高的極化效應(yīng)，因此，AlN/GaN異質(zhì)結(jié)中的溝道電子面密度極高，適合制作射頻器件，其較高的歐姆接觸電阻通常用二次外延的方法來解決。2022年，西安電子科技大學(xué)提出了遠程等離子體氧化處理的低損傷增強型AlN/GaN HEMT，閾值電壓為0.4 V，最大電流達到了1.06 A/mm[36]。2023年，北京大學(xué)報道了70 nm柵長的AlN/GaN HEMT，歐姆接觸電阻低至0.09 Ω·mm，fT/fmax達到140/301 GHz，飽和電流密度達到1.54 A/mm[37]。
4. 總結(jié)與展望
本文參考了超寬禁帶半導(dǎo)體的學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界動態(tài)，并根據(jù)國家工程研究中心多年在該領(lǐng)域的深入研究，簡單概述了超寬禁帶半導(dǎo)體材料、器件及相關(guān)技術(shù)的階段性關(guān)鍵進展。
Yole Intelligence在《Status of the Power Electronics Industry Report》中預(yù)計，到2028年，全球功率器件市場將增至333億美元，推動著寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的高速發(fā)展，但現(xiàn)有的GaN和SiC體系難以滿足日益增長的軍用及民用技術(shù)要求，作為超寬禁帶半導(dǎo)體，Ga2O3能夠?qū)崿F(xiàn)n型電子結(jié)構(gòu)的精確調(diào)制、金剛石具有室溫下最高的熱導(dǎo)率，而AlN具有極寬的帶隙和較好的極化特性，這些優(yōu)異的特性使得其在高壓、高頻、高溫和大功率電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，在更高功率、頻率和效率的同時，低成本和小體積產(chǎn)品的實現(xiàn)成為可能。
近十年，世界范圍特別是國內(nèi)對超寬禁帶半導(dǎo)體的研究變得更加活躍，不同技術(shù)制備的四英寸AlN、金剛石和六英寸Ga2O3襯底相繼被報道，Ga2O3和金剛石MOSFET及AlN基HEMT出色的器件性能也有望在電力電子及射頻功率領(lǐng)域應(yīng)用，Ga2O3基日盲探測器、金剛石基輻照探測器和光導(dǎo)開關(guān)、AlN基LED等也在光電子、輻射領(lǐng)域取得了突破進展。這些喜人的成果更加證明了超寬禁帶半導(dǎo)體的發(fā)展?jié)摿?。但是，由于相關(guān)理論與技術(shù)的不成熟，超寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件仍存在很多問題有待解決。此外，與相對較為成熟的SiC、GaN相比，以Ga2O3、金剛石和AlN為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用剛剛開始。下一個十年，相信在國內(nèi)外同行的共同努力下，超寬禁帶半導(dǎo)體理論和技術(shù)將得到跨越式發(fā)展，商業(yè)產(chǎn)品快速投放并在市場中實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，它們將通過更高的工作效率和更低的功率損耗來節(jié)省能源，同時改變?nèi)藗兊墓ぷ髋c生活。
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本文轉(zhuǎn)載自《亞洲氧化鎵聯(lián)盟》訂閱號