FLOSFIA 實現全球首例突破，成功攻克氧化鎵 p 型層技術難題
近日，據 FLOSFIA 稱，已成功實現基于氧化鎵（α-Ga2O3）MOSFET 的常關型（Normally-off）大電流（超過 10 A）的運行。通過成功改進氧化鎵功率半導體開發中長期被視為最大技術難點的 p 層（導電型p型半導體層）而實現的新成果。
1. 攻克實用量產化“最大壁壘”
在制造氧化鎵半導體 MOSFET 結構的過程中，p 層在發揮材料的高性能潛力方面具有本質性的重要作用。據 FLOSFIA 稱，其他研究機構因現階段技術難度較高，大多數并未采用 p 層，而是通過簡化器件結構以規避這一難題。
FLOSFIA 認為，為了發揮氧化鎵材料的高性能（高耐壓/低損耗）并實現實用化量產設備制造，采用 p 層的器件結構是非常有必要的。因此，通過該公司獨有的 Mist-Dry 技術推動了氧化鎵中 p 層的形成技術。在此基礎上，FLOSFIA 已在 JBS（結勢壘肖特基二極管）結構二極管中實現了產品級的樣品驗證。
此次，FLOSFIA 進一步挑戰技術難度更高的 MOSFET 結構的 p 層應用，通過高度改良自有技術，開發出新型 MOS 結構形成工藝，并成功將其集成到器件中。FLOSFIA 表示，這是世界首次在氧化鎵 MOSFET 中實現常關型特性與大電流特性的重大突破。
圖1. MOSFET的原型電路圖（上）和芯片照片（下），來源：FLOSFIA
2. 在 15 V 柵極電壓下實現 14.3 A 漏電流通電
FLOSFIA 利用自主開發的 Mist-Dry 技術，成功制作出高質量的 α-Ga2O3外延層，用以制造具備 600V 耐壓級器件。采用有利于微細化與低導通電阻的 Trench-Gate MOSFET，為了降低 MOSFET 導通電阻中占比較大的溝道區電阻，應用了 p 層，并開發了新型 MOS 結構工藝。此外，通過將厚度約為 10 μm 的超薄 α-Ga2O3 MOSFET 轉移到金屬支撐基板上，實現了具有高導電能力和與碳化硅（SiC）相當的高散熱特性的垂直器件結構。
圖2. 開發中的 Trench-Gate MOSFET 的截面示意圖（左）和制作的 Trench-Gate 部分的電子顯微鏡照片（右），來源：FLOSFIA
最終制備出的 α-Ga2O3 MOSFET，在柵極電壓為 15 V 時實現了漏電流 14.3 A 的通電特性，同時在 0 V 柵壓下無漏電流，實現了理想的常關型特性。器件通電區域的特性導通電阻為 17mΩ?cm2。FLOSFIA 表示，未來將通過進一步改良 MOS 結構工藝與微細化溝槽柵結構，追求超越 SiC-MOSFET 的低損耗性能。
圖3. 漏極電流 - 柵極電壓特性，來源：FLOSFIA
3. 向量產化推進，目標 2026 年全面啟動
FLOSFIA 表示，將以此次成果為基礎，進一步加速耐壓結構的引入、高耐壓化以及產品化所需的可靠性確保等研發工作。公司目前正以位于京都大學附近的母工廠為中心，推進月產百萬規模的量產技術平臺建設，計劃在 2026 年度后啟動全面量產。
本文轉發自《亞洲氧化鎵聯盟》訂閱號