【器件论文】氧化镓功率器件的高压设计策略

        由英国斯旺西大学的研究团队在学术期刊 IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing 发布了一篇名为 High Voltage Design Strategies for Gallium Oxide Power Devices（氧化镓功率器件的高压设计策略）的文章。

摘要

        本研究采用漂移扩散模拟来探究影响 β-Ga₂O₃ 鳍式场效应晶体管（FinFET）性能的关键因素，表明通过采用鳍宽 WFIN≤0.5 μm的结构，可实现增强模式行为（V_th＞0）。通过实验校准的漂移扩散方法计算了击穿电压和输出/转移特性。发现金属功函数（ms）、介电常数（κ）以及 β-Ga₂O₃/介电层界面处的无意负界面电荷密度（-Qf）对阈值电压（V_th）有显著影响，要实现增强模式（E 模式）操作，需要较高的 ms。为了实现 5 kV 击穿，当 WFIN 为 200 nm 时，鳍厚（TFIN）需为 0.8 μm；当 WFIN 为 400 nm 时，TFIN 需为 1.2 μm；当 WFIN 为 600 nm 时，TFIN 需为 2 μm。从 WFIN 为 200 nm 到 400 nm，漏极诱导势垒降低（DIBL，即 V_th/V_ds）增加 300%，而从 400 nm 到 600 nm，仅增加 100%。-Qf 的存在通过减轻与 DIBL 相关的失效机制以及将电位从栅极电介质重新分配到更深的 β-Ga₂O₃ 漂移区来提高击穿电压。开发了一种可控且相对无缺陷的工艺用于 Ga₂O₃ 金属-绝缘体-半导体（MIS）结构，从而改善了界面质量。电容-电压测量和逐步退火研究证明了所提出的 FinFET 应用中器件稳定性的增强和滞后现象的减少。最后，在 KLA SPTS SynapsEtch 模块上为 Ga₂O₃ 技术集成开发了优化的 β-Ga₂O₃ 晶鳍蚀刻工艺。

原文链接：

https://doi.org/10.1109/TSM.2025.3597872