Оксид галлия, типичный полупроводниковый материал четвертого поколения, привлекает внимание разработчиков высоковольтных и высокоэффективных силовых устройств благодаря своей сверхширокой запрещенной зоне, высокому напряжению пробоя и низким потерям проводимости. Однако проблемы с легированием p-типа долгое время препятствовали его использованию в мощных устройствах и коммерциализации. Вертикальные MOSFET -транзисторы на основе оксида галлия, как правило, имеют ограничения по допустимому току, напряжению пробоя и току утечки.
По информации TrendForce, компания Jiachi Power Technology из Шанхая недавно добилась значительного успеха в этой области.
Компания, расположенная в кластере полупроводниковой промышленности четвертого поколения в Шанхае, завершила первый этап производства и проверки пластин для своих вертикальных MOSFET-транзисторов на основе оксида галлия.
Благодаря инновациям в структуре устройств и разработке собственных технологических процессов команда создала, по ее словам, первый в мире вертикальный MOSFET-транзистор на основе оксида галлия с током в открытом состоянии более 1 А и напряжением пробоя более 900 В, установив новые рекорды по нескольким ключевым показателям производительности на основе общедоступных данных.
Стабильное и контролируемое легирование p-типа долгое время было серьезной проблемой для полевых MOSFET-транзисторов на основе оксида галлия, предназначенных для применения в устройствах высокой мощности. В результате в ранее опубликованной научной литературе и отраслевых отчетах не упоминались вертикальные MOSFET-транзисторы на основе оксида галлия с током в открытом состоянии более 1 А, что сдерживало их коммерциализацию.
Чтобы решить эту проблему, компания Jiachi добилась прогресса как в архитектуре устройств, так и в производственных процессах. Команда разработала собственные ячейки и структуры для полевых MOSFET-транзисторов, позволяющие точно контролировать внутреннюю геометрию устройства и распределение электрического поля для повышения стабильности и устойчивости к пробою.
Кроме того, компания разработала процесс самосовмещаемой ионной имплантации для канала полевого MOSFET-транзистора, что позволило решить проблемы, связанные с точным формированием канала и равномерным распределением легирующих примесей. В рамках этой работы был разработан специальный технологический процесс для мощных устройств на основе оксида галлия, после чего был проведен полный цикл изготовления и электрических испытаний.
Измерения показали, что пороговое напряжение составляет 3,9 В, что обеспечивает стабильную работу в режиме обогащения. Ток во включенном состоянии составил 1,2 А, а удельное сопротивление во включенном состоянии — 33 мОм·см².
Согласно обзору общедоступных исследований и отраслевых результатов, проведенному компанией, это первый вертикальный MOSFET-транзистор на основе оксида галлия, ток во включенном состоянии которого превышает 1 А.
Устройство, рассчитанное на рабочее напряжение 750 В, продемонстрировало пробивное напряжение более 900 В при токе утечки менее 3 мкА. Показатели утечки приближаются к показателям современных коммерческих силовых устройств на основе кремния и карбида кремния, что устраняет ключевое ограничение технологии на основе оксида галлия.
Запатентованный процесс самоустанавливающейся ионной имплантации также закладывает основу для производства MOSFET-транзисторов из оксида галлия на уровне ампера и более высокой мощности, помогая заполнить пробел в разработке мощных устройств.