【器件论文】高功率垂直型 β-Ga₂O₃ 肖特基二极管的电-热协同设计及其高介电常数介质场板应用

        由美国康奈尔大学的研究团队在学术期刊 Materials Science 发布了一篇名为 Electro-thermal Co-design of High-power Vertical β-Ga₂O₃ Schottky Diodes with High-permittivity Dielectric Field-plate（高功率垂直型 β-Ga₂O₃ 肖特基二极管的电-热协同设计及其高介电常数介质场板应用）的文章。

摘要

        本文提出垂直 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管（SBD）的电热协同设计方案，旨在提升高功率应用中的散热性能与高场管理能力。针对两种采用不同边缘封装技术的垂直 β-Ga₂O₃ SBD 结构（如场板结构与侧壁场板深蚀刻结构）实现了器件级热管理优化。其中场板采用高介电常数介质（BaTiO₃）制成。在 BaTiO₃ 介质场板附近的肖特基接触边缘检测到局部热点。然而，当场板由 BaTiO₃ 与导热性 AlN 绝缘层共同构成时，热点显著减少 AlN 能有效降低界面焦耳热，而 BaTiO₃ 的高介电常数则有助于高电场衰减。采用深蚀刻与侧壁场板的 SBD 结构通过消除侧向耗尽区，进一步降低了关键阳极边缘附近的热量积累与电场强度。此外还采用兰道尔方法分析了介质/β-Ga₂O₃ 界面热传导特性，结果表明 AlN 介质使热边界电导率显著高于 BaTiO₃，证实 BaTiO₃/AlN 场板结构较纯 BaTiO₃ 结构具有更优异的散热能力。通过垂直金属/AlN/β-Ga₂O₃ 二极管的实验研究，还测得 AlN 具有高达 ~11 MV/cm 的击穿电场，显著超越 β-Ga₂O₃ 材料的击穿电场。这表明 AlN 可作为垂直 β-Ga₂O₃ 肖特基二极管中极板介质的优选材料，在高功率应用中既能增强高电场耐受性，又能提升散热性能。

原文链接：

https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.11775