富加镓业合作研究成果荣登Mat. Today Phys.,高质量MBE外延薄膜性能与国际技术最高水平相当

科技   2025-01-14 15:53   江西  
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在国家重点研发计划“大尺寸氧化镓半导体材料与高性能器件研究” (项目编号:2022YFB3605500)支持下,厦门大学张洪良系统地研究了杭州富加镓业科技有限公司(以下简称:富加镓业)提供的分子束外延(MBE)制备氧化镓薄膜的电输运性质,并与日本及美国科研团队成果进行比对,结果表明富加镓业所生长的氧化镓 MBE 外延片电学性能与国外最高水平相当另外,与中科院上海光机所团队合作,结合变温电输运性质和高分辨光电子能谱技术研究了 Sn 掺杂激活机制和缺陷态微观信息,为进一步优化掺杂策略和器件性能提供了指导,相关研究结果刊登在国际应用物理知名期刊 Materials Today Physics (影响因子10.0)。

氧化镓是一种新兴的超宽禁带半导体材料,具有超宽的带隙、超过的耐压、高的热稳定性等优异材料性能,是新一代功率电子器件、深紫外光电器件的优选材料,在新能源汽车、轨道交通、智能电网、航空航天、导弹预警等高端领域具有潜在应用,氧化镓也因此被誉为“第四代”半导体。氧化镓材料和器件也因此受到全球各国半导体产业界和学术界的高度重视,发展迅速。2022 年 8 月美国和日本相继对我国实行氧化镓禁运,凸显其在国际战略竞争中的重要性。氧化镓半导体的产业链包括单晶衬底、薄膜外延和器件制作等主要环节。其中,外延薄膜是连接氧化镓衬底和器件的关键卡脖子环节,其品质决定了器件性能。要实现高性能的氧化镓电子器件,就需要制备出低缺陷密度、高迁移率的外延薄膜,并对其电学性质进行精确调控。MBE 技术在薄膜生长过程中能够实现原子层级别的精确控制,可以获得低缺陷密度和极高界面质量的薄膜,这些优势对于横向器件或构筑界面二维电子气实现高电子迁移率晶体管(HEMT)具有重要的意义。
富加镓业是国内最早开展 MBE 外延氧化镓薄膜的单位之一,通过 MBE 技术成功生长了非故意掺杂(UID)Ga2O3 薄膜,其背景载流子浓度为 1.6 × 1016 cm-3,电子迁移率高达 129 cm2V-1s-1。在此基础上,通过精确调节 Sn 掺杂源 K-cell 的温度,进一步制备了具有不同 Sn 掺杂浓度的 Ga2O3 薄膜,实现了载流子浓度从1.7 × 1017 cm-3 到 2.8 × 1019 cm-3 的大范围调控(见图 1(a))。Sn 掺杂氧化镓 MBE 外延薄膜的电学性能与日本 NCT(novel crystal technology)和美国加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)James Speck 教授团队利用 MBE 技术所实现的最高水平相当(见图 1(b))。

图1 (a)不同Sn源温度得到的 Ga2O薄膜的载流子浓度及迁移率;(b)本工作与其他报道中 MBE 生长的 Ga2O3 薄膜迁移率-载流子浓度关系比较。

在此基础上,研究团队结合变温输运测试和国际上先进的同步辐射硬X-射线光电子能谱(英国钻石光源)对外延薄膜的电输运性质和电子结构进行系统性研究。研究揭示了 Sn 掺杂 Ga2O3 薄膜电输运机制、缺陷态和电子结构等微观信息随 Sn 掺杂的演变规律和物理机制。
图2 UID Ga2O的变温(a) 载流子浓度与(b)迁移率的实验数据和拟合结果;Sn 掺杂 Ga2O的变温(c) 载流子浓度与(d)迁移率的实验数据和拟合结果
相关工作分别以“Transport and electronic structure properties of MBE grown Sn doped Ga2O3 homo-epitaxial films”为题发表在 Materials Today Physics 48, 101555 (2024) 上。


文章链接:

Transport and electronic structure properties of MBE grown Sn doped Ga2O3 homo-epitaxial films

Materials Today Physics 48, 101555 (2024)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542529324002311

关于杭州富加镓业


杭州富加镓业科技有限公司成立于 2019 年 12 月 31 日,是杭州光学精密机械研究所注册成立的第一家“硬科技”企业,公司以“让世界用上好材料”为愿景,开展宽禁带半导体氧化镓材料的产业化工作,主要从事氧化镓单晶材料生长、氧化镓衬底及外延片研发、生产和销售工作,产品主要应用于功率器件、微波射频及光电探测等领域。

目前,公司已获得多项荣誉:
2022 年获得浙江省科技型中小企业;2023 年获得国家高新技术企业;2024 年获得杭州市企业高新技术研发中心及浙江省专精特新中小企业;在氧化镓领域,承担了国家发改委项目 1 项,国家工信部项目 1 项,参与了国家自然科学基金委、浙江省、上海市等国家及省部级项目 3 项。另外,获得国际专利授权 12 项(美国 6 项,日本 6 项),国内专利授权 40 项,“富加镓业”商标认证注册 3 项,软件著作权(“一键长晶”控制软件)2 项。

来源:文章由杭州富加镓业供稿。

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