中山大学王钢教授团队在NiO/β-Ga₂O₃异质结在功率器件领域的研究进展

 半导体产业网获悉：功率器件常用于开关控制和大功率电路驱动，在多种场合中具有广泛的应用。随着电动汽车、5G网络和物联网（IoT）的快速发展，硅基器件逐渐达到了其物理极限，传统的硅基功率器件已难以满足许多超高功率应用的需求。

宽禁带半导体材料氧化镓（β-Ga₂O₃）具有约4.8 eV的禁带宽度、高达8 MV/cm的临界电场、约3000的巴利加优值系数（BFOM）、可用熔融法生长等优秀的性质，是制备下一代功率器件的潜力材料。通过硅或锡掺杂，β-Ga₂O₃可以实现浓度在10¹⁵-10¹⁹ cm^-3范围内可调的N型导电。然而，由于较大的受主杂质激活能和空穴自陷能，实现β-Ga₂O₃的P型导电是非常困难的，这也成了β-Ga₂O₃同质双极型器件发展的主要阻碍。双极型结构通常具有低漏电流、高热稳定性和良好的抗浪涌能力，在功率器件设计中有着广泛应用。

为了实现β-Ga₂O₃双极型器件，一个可行的方法是使用P型半导体材料如氧化锡（SnO）、氧化亚铜（Cu₂O）、氧化镍（NiO）等与N型β-Ga₂O₃构建异质结，而NiO以其3.6-4.0 eV的大禁带宽度和可控的P型掺杂，成为其中的主流选择。2020年，Lu等人报道了用溅射法制备的NiO薄膜和β-Ga₂O₃构建的异质结，实现了第一个具有千伏级击穿电压的β-Ga₂O₃双极型器件。随后，许多研究人员在提升NiO/β-Ga₂O₃异质pn结性能等方面取得了显著进展。此外，NiO/β-Ga₂O₃异质结结构也被广泛用于其它器件结构，如结势垒肖特基二极管（JBS）、结场效应晶体管（JFET）和边缘终端（ET）结构等。

近日，中山大学卢星副教授、王钢教授团队总结了NiO/β-Ga₂O₃异质结在功率器件领域的研究进展，并对其未来的发展做出了展望。综述从NiO/β-Ga₂O₃异质结的构建、表征和器件性能三个方面展开，讨论了溅射法制备的NiO/β-Ga₂O₃异质结的结晶性质、能带结构和载流子运输特性，并介绍了包括NiO/β-Ga₂O₃异质pn结二极管（HJD）、结势垒肖特基二极管、结场效应晶体管和基于NiO/β-Ga₂O₃异质结的边缘终端结构及超结（SJ）结构在内的多种器件结构的最新进展。此外，文中还针对NiO/β-Ga₂O₃异质结实际应用中存在的如材料质量、器件结构优化、界面态和器件可靠性等关键问题进行了总结和展望。

该综述总结了NiO/β-Ga₂O₃异质结在功率器件领域的发展现状，为之后设计高性能的NiO/β-Ga₂O₃异质结器件提供了参考，对β-Ga₂O₃双极型器件未来的发展起到了积极的作用。