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视角：氧化镓（Ga?O?）用于超高压整流器与MOSFETs

DOI：10.1063/1.5062841 期刊：Journal of Applied Physics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 氧化镓（Ga2O3）因其宽禁带、可控掺杂特性以及大直径低成本衬底的可用性，正成为某些功率电子器件类别中超越现有技术的可行候选材料。这些应用包括电源调节系统（如航空电子和电动船舶的脉冲功率）、重型电动机的固态驱动器，以及先进的电源管理和控制电子设备?？斫╓BG）功率器件有望同时节省能源和成本。然而，由WBG器件驱动的转换器需要在所有层面进行创新，涉及系统设计、电路架构、合格标准甚至市场模式的改变。 β-Ga2O3相对于SiC或GaN具有更大的临界电场，使得高压整流器和增强型金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）的性能受益。据报道，β-Ga2O3的反向击穿电压超过2 kV（无论是否采用边缘终端技术），而在蓝宝石衬底上横向场板结构的Ga2O3肖特基二极管更是超过3 kV。迄今为止，在Ga2O3上制造的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）主要为耗尽型（d模式）器件，仅有少数增强型（e模式）操作的演示。尽管这些结果令人鼓舞，但该技术存在哪些局限性？要使其与更成熟的SiC和GaN功率器件技术并肩发挥作用，还需要什么？ 低热导率问题可能通过将器件转移到其他衬底、减薄衬底并使用散热器及顶部散热来解决。我们概述了该材料的特性与物理传输、热传导、掺杂能力及器件设计的现状，总结了当前局限性和未来发展方向。一个关键要求是军事电子开发机构持续的关注。功率电子器件领域的发展历史表明，新技术大约每10-12年出现一次，伴随着性能演进和优化的周期。然而，出于各种原因，旧技术往往在市场上存活很长时间。Ga2O3可能会补充SiC和GaN，但不太可能取代它们。
作者： S. J. Pearton，Fan Ren，Marko Tadjer，Jihyun Kim
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究氧化镓（Ga2O3）在超高功率整流器和MOSFET器件中的应用潜力，重点关注其大带隙特性、可控掺杂能力以及大直径低成本衬底的可用性。

研究成果

氧化镓（Ga2O3）因其宽带隙和高击穿电压，在高功率电子器件应用中展现出潜力。然而其低热导率和难以实现p型掺杂的特性带来了重大挑战。要使氧化镓在碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等成熟技术之外找到应用空间，必须持续提升材料质量、器件设计和工艺技术水平。军事领域的资金投入与应用可能对维持该技术发展起到关键作用。

研究不足

Ga2O3的低热导率以及缺乏p型掺杂是重大限制因素。这些问题制约了可实现器件结构的类型，并要求采用有效的热管理方案。此外，与SiC和GaN相比，该技术成熟度较低，在生长成熟度、成本及器件可靠性方面存在挑战。

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