NCT实现创纪录的Ga₂O₃性能

Novel Crystal Technology（NCT）公司展示的功率器件性能是之前记录的3.2 倍

Novel Crystal Technology（NCT）宣布成功开发氧化镓垂直结构MOS晶体管 （β-Ga2O3 MOSFET），具有1.23GW/cm2功效品质因数（PFOM）。这种PFOM 被认为是世界上 β-Ga2O3 FET的最高值，比其它研究机构之前公布的最高值高 3.2倍。

这项研发工作的一部分得到了日本采购、技术和物流机构（ATLA）的国家安全技术研究促进基金（JP004596）的'反置通道氧化镓MOS晶体管的研究与开发'计划的资助。据 NCT 称，该结果将极大地推动中高压（0.6—10kV）Ga2O3晶体管的发展，这将导致电力电子器件的价格更低、性能更高。详细信息在2025年3 月15日举行的第72届JSAP春季会议上介绍，“功率品质因数为1.23GW/cm2的β-Ga2O3 FinFET示范”。

WBG材料SiC和GaN在许多应用中正在取代硅功率器件，但β-Ga2O3具有更好的材料性能，并且由于晶体生长速度更快，成本更具竞争力。由于其低损耗和低成本的特点，有望应用于家用电器、工业设备、电动汽车、火车、太阳能发电和风力发电等各种电力电子设备。

NCT自2019年以来一直致力于β-Ga2O3 MOSFET的商业化。这一次，世界上最高的1.23GW/cm2 PFOM β-Ga2O3 MOSFET是通过在漂移层中的栅极边缘加入高电阻保护环结构和Mg离子注入来实现的。尽管NCT一直在开发 β-Ga2O3 MOSFET，由于栅极边缘的高电场，该材料卓越的高击穿电场强度（6—8MV/cm）尚未得到充分利用。

在其他材料中，在电极边缘使用 p 型导电层来减小电场，但对于 Ga2O3，p 型导电层技术尚未建立，无法应用相同的方法。因此，NCT的研究人员没有使用技术上尚未建立的p型导电层，而是使用了高电阻β-Ga2O3保护环层和镁（一种形成深能级的受体杂质）通过离子注入和活化热处理工艺添加到该层中。原型 β-Ga2O3 MOSFET有10个翅片，台面宽度为0.2μm，栅极长度为3.5μm，翅片长度为70μm，翅片间距为5μm。

上图显示了新开发的β-Ga2O3 MOSFET的横截面结构和平面图，该晶体管的特点如下：

• 有利于功率器件所需的低损耗、大电流的立式垂直结构器件

• 多翅片结构，具有亚微米台面宽度通道，无需p型导电层即可实现常断作

• β-Ga2O3供体浓度低至7.5×1015 cm-3的漂移层，厚度为55μm。

• 将Mg离子注入β-Ga2O3的保护环结构在栅极边缘周围的区域，以减少该区域的电场。

• 该结构使得击穿电压从1.6kV提高到5.15kV，最大电场强度从2MV/cm提高到3.72MV/cm。最终，实现了1.23GW/cm²的功率品质因数，这是全球β-Ga₂O₃ FET中的最高值。

对于未来，NCT表示β-Ga2O3的终止结构通过使用异质p型半导体材料（如 NiO 等）可以增强 MOSFET，以进一步降低电极端接处的电场浓度。研究人员的目标是通过开发β-Ga2O3的潜力，采用先进的端接结构，实现性能优于SiC功率晶体管的高击穿场强（6—8MV/cm）。