美國工程師聲稱為橫向 ß-Ga2O3 MESFET 的全面性能開辟了新天地。據(jù)說他們的器件是第一個將高擊穿電壓與高橫向品質(zhì)因數(shù)相結(jié)合的器件，這是通過實現(xiàn)低比導通電阻來實現(xiàn)的。

       該團隊的發(fā)言人、來自 Agnitron 的 Fikadu Alema 認為，這些 MESFET 是在高壓下提供高效電源開關(guān)的有希望的競爭者。這種優(yōu)勢可以推動該器件在電力供應(yīng)、電力傳輸、電網(wǎng)集成和電動汽車中的部署。

       Alema 及其同事，包括最近從猶他大學搬到 UCSB 的 Sriram Krishnamoorthy 領(lǐng)導的團隊，認為他們的 ß-Ga2O3 MESFET 的強大性能表明，高質(zhì)量的材料可以用傳統(tǒng)的器件工藝流程來生產(chǎn)。外延層是在Agnitron 技術(shù)下通過 MOCVD 生長的。

      基于 ß-Ga2O3 的器件可以采用垂直和橫向幾何形狀。該團隊追求后者，部分原因是它導致：更少的處理步驟；簡化封裝和集成要求；并允許在同一晶片上制造不同尺寸的器件，從而形成一系列針對不同工作電壓和頻率的晶體管。此外，橫向器件有助于熱管理，因為通道更靠近表面，從而增強了熱量提取。

      該團隊在10 mm×15 mm的半絕緣ß-Ga2O3襯底上制作了他們的器件，該襯底是摻鐵的，通過邊緣限定薄膜饋電生長形成，并采用新型晶體技術(shù)生產(chǎn)。在該襯底上，工程師們用HF清洗，沉積了一層230 nm厚的ß-Ga2O3，摻雜硅，密度約為3.6 x 1017cm-3。根據(jù)霍爾測量，通道中的電荷及其遷移率分別為5.7 x 1012cm-2和95 cm2 V-1 s-1。

      為了隔離臺面并選擇性地生長源極和漏極歐姆接觸，該團隊轉(zhuǎn)向使用 Ni/SiO2 掩模圖案的 MOCVD 再生長。使用感應(yīng)耦合等離子體進行干蝕刻提供了接觸凹槽蝕刻，該步驟去除了大約 10-20 nm 的 ß-Ga2O3 層。對于再生長的 n+ 層，硅摻雜約為 2.6 x 1020 cm-3。光刻圖案化、剝離、蒸發(fā)和退火的組合形成了與再生長層的歐姆源/漏接觸。電子束蒸發(fā)實現(xiàn)了肖特基門。

       一些 MESFET 具有柵極-焊盤連接的場板，通過將柵極場板金屬電連接到器件臺面外部的柵極焊盤而形成。這種架構(gòu)保護溝道區(qū)免受干蝕刻等離子體損壞，這種損壞發(fā)生在傳統(tǒng)的柵極場板蝕刻工藝流程中。

       研究人員比較了帶有和不帶有場板的器件的性能。對于柵源間距為 1 µm、柵長為 2.8 µm、柵漏距離為 2.4 µm 的 MESFET，添加場板后導通電阻從 63.2 Ωmm 降至 55.8 Ωmm .使用這種處理方法生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)上的傳輸線測量的接觸電阻僅為 1.4 Ωmm，比上一代器件的相關(guān)電阻小十倍，這要歸功于對接觸凹口的干蝕刻引入了低蝕刻速率。

       電氣測量表明，添加一個場板可將導通電阻降低 14%，將導通電流增加 13%，并將跨導提高 13%。對于柵極至漏極長度為 10 µm 和 20 µm 的器件，擊穿電壓超過 2.4 kV 和 3 kV 以上。對于前一種器件，橫向品質(zhì)因數(shù)為 355 MΩ cm-2。

       Alema 表示，未來的目標包括將擊穿電壓提高到 10 kV 以上，并開發(fā)可提供高輸出電流的器件，同時適應(yīng)超過 1 kV 的阻斷電壓。

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