28 сентября 2022 г.
На 83-м симпозиуме осенней встречи Японского общества прикладной физики 21 сентября компания Novel Crystal Technology Inc из города Саяма, префектура Сайтама, Япония, сообщила о том, что, по ее утверждению, является первой основной операцией оксида галлия (β-Ga).2О3) инвертированный двухимплантированный МОП-транзистор (DI-MOSFET) с высоким напряжением пробоя (1кВ) и достаточно высоким пороговым напряжением (6В). Фирма стремилась коммерциализировать β-Ga2О3 транзистор с 2019 года, участвуя в программе «Исследования и разработки МОП-транзисторов с инвертированным каналом» Фонда содействия исследованиям в области технологий национальной безопасности (JP004596) Агентства по закупкам, технологиям и логистике.
Ожидается, что последнее достижение значительно продвинет разработку транзисторов на основе оксида галлия среднего и высокого напряжения (0,6–10 кВ), что, в свою очередь, приведет к снижению цен и повышению производительности в силовой электронике. Кроме того, он может способствовать эффективному использованию электроэнергии в транспортных средствах за счет повышения эффективности и уменьшения размеров оборудования силовой электроники, такого как силовые преобразователи для производства солнечной энергии, инверторы общего назначения для промышленного использования и источники питания.
По сравнению с карбидом кремния (SiC) и нитридом галлия (GaN) в качестве высокоэффективных материалов для замены кремния, оксид галлия обладает превосходными свойствами материала, и с его помощью можно изготавливать недорогие силовые устройства с малыми потерями, используя недорогие метод выращивания кристаллов. β-Ga2О3 Ожидается, что он будет полезен в различном силовом электронном оборудовании, таком как бытовая техника, электромобили, железнодорожные транспортные средства, промышленное оборудование, солнечные и ветряные генераторы. Кроме того, отечественные и зарубежные компании и научно-исследовательские институты ускоряют свои исследования и разработки по β-Ga.2О3 потому что они рассматривают этот материал как способ уменьшить размер и повысить эффективность установленного электрооборудования.
Полученные результаты
До сих пор нормально выключенный β-Ga2О3 транзисторы использовали ребристую структуру, которая не требует слоя p-типа, потому что технология проводящего слоя p-типа еще не разработана. Однако ребро должно иметь тонкую структуру 0,4 мкм или менее с хорошим контролем размеров. Было трудно изготовить такие устройства с размером кристалла в несколько квадратных миллиметров с хорошим выходом.
В ответ на эту проблему компания Novel Crystal Technology разработала структуру канала МОП с перевернутым каналом, которая может быть изготовлена с высокой производительностью даже с использованием обычного оборудования для экспонирования с шаговым двигателем и оборудования для сухого травления. Вместо того, чтобы полагаться на разработку технически сложного β-Ga2О3 проводящий слой p-типа, в текущей разработке используется высокоомный β-Ga2О3 слой, легированный (посредством ионной имплантации) азотом (N) в качестве акцепторной примеси, а слой ямы выполнен активационной термообработкой.
При оценке подвижности изготовленный длинный канал (CH=100 мкм) боковой транзистор показал высокое пороговое напряжение 6,2 В (что не могло быть достигнуто с ребристой структурой) и более высокую подвижность МОП-канала (52 см2/Vs), чем у прибора из карбида кремния (рис. 1).
Кроме того, инвертированный транзистор DI-MOS (рис. 2), изготовленный с использованием этого процесса, имел пороговое напряжение 6,6 В при N+ концентрация ионной имплантации 1×1018см-3 и внекаскадное напряжение 1,1 кВ при N+ концентрация ионной имплантации 3×1018см-3 или выше (рис. 3). Компания Novel Crystal Technology обнаружила, что N+ ионно-имплантированный высокоомный β-Ga2О3 слой работает как слой управления пороговым напряжением и слой блокировки тока так же, как и проводящий слой p-типа. Исследователи считают, что длина канала прототипа DI-MOSFET составляла 10 мкм, а сопротивление во включенном состоянии достигало 153 мОм·см.2. Недавно разработанное устройство и процесс DI-MOSFET должны позволить изготавливать большие устройства на линиях массового производства 4-6-дюймовых пластин, и ожидается значительный прогресс в разработке β-Ga с низкими потерями.2О3 силовые транзисторы.
Планы на будущее
Novel Crystal Technology заявляет, что проанализирует характеристики β-Ga, легированного азотом.2О3 слой высокого сопротивления в прототипе инвертированного МОП-транзистора в рамках проекта, заказанного Агентством по закупкам, технологиям и логистике. Кроме того, он нацелен на проведение пробного производства на 4-дюймовой литейной линии массового производства, улучшение характеристик устройства и обеспечение надежности. Он также продолжит разработку полного β-Ga2О3 силовой модуль в сочетании с диодом с барьером Шоттки (SBD) на основе оксида галлия, который в настоящее время находится в стадии коммерциализации.
Согласно отчету Fuji Keizai «Текущее состояние и перспективы рынка силовых устройств следующего поколения и оборудования для силовой электроники в 2022 году», ожидается, что рынок средне- и высоковольтных высокоскоростных транзисторов и высокоскоростных диодов вырастет до 7,9 млрд иен в 2025 году и 47 млрд иен к 2030 году. Novel Crystal Technology заявляет, что выйдет на этот рынок с β-Ga.2О3 транзисторы, SBD и полный β-Ga2О3 модули.
