垂直氮化镓功率晶体管及其集成电路的发展状况李博1†,尹越2†,阳志超3,刘新科1*,李京波4*1.深圳大学材料学院,广东省功能材料界面工程技术研究中心,深圳518071;2.中国建筑技术中心,北京101300;3.东莞南方半导体科技有限公司,东莞523781;4.华南师范大学半导体科学技术研究院,广州510631†同等贡献*联系人,E-mail:xkliu@szu.edu.cn;jbli@m.scnu.edu.cn2022-07-19收稿,2022-09-18修回,2022-09-23接受,2022-09-26网络版发表国家自然科学基金(61974144,62004127)、广东省重点领域研究发展计划(2020B010174003)、广东省杰出青年科学基金(2022B1515020073)和深圳市科学技术基金(JSGG20191129114216474)资助摘要氮化镓作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一,因其优越的性能,例如高电子迁移率、高电子饱和速率、耐高温及高热导率等优点吸引了越来越多的关注.也正是因为这些优点,垂直氮化镓功率晶体管在未来的电力电子领域中具有很大的发展和广泛的应用前景.本文列出了氮化镓材料和其他半导体材料主要的物理参数、氮化镓单晶制备及其外延生长的主要方法,阐述了氮化镓功率器件在目前环境下的优势.针对器件结构,列出了横向器件本身存在的问题和垂直器件的优点,解释了垂直器件为何能够成为未来功率器件的主流结构.在此基础上,详细介绍了氮化镓电流孔径垂直晶体管、垂直氮化镓沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管、基于原位氧化物氮化镓夹层的垂直沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管和垂直氮化镓鳍式场效应晶体管的结构、工作原理、研究进展及所存在的一些问题,并将文中所提及的垂直氮化镓功率晶体管的性能参数按器件种类和时间顺序进行归纳,为未来氮化镓功率晶体管的发展提出了大致的方向.针对集成电路系统,归纳了氮化镓功率器件在驱动芯片方面的特殊要求和关键技术.最后,针对当下的市场环境,列举了垂直氮化镓功率晶体管在中、低压范围内比较热门且发展前景较好的应用场景.关键词氮化镓,外延生长,垂直氮化镓晶体管,氮化镓驱动集成电路电力电子技术是一项使用电力电子器件将电能进行转换并加以控制的技术,其核心就是功率半导体器件,它可以快速高效地完成弱电对强电的控制,是保证设备正常使用的关键技术.功率器件可分为两类:一类是以功率二极管、晶闸管、绝缘双极型晶体管为主的双功率半导体器件;另一类是以垂直双扩散金属氧化物半导体(verticaldouble-diffusedmetal-oxide-semicon-ductor,VDMOS)为代表的功率金属氧化物半导体(me-taloxidesemiconductor,MOS)器件为主...
