氧化镓微电子的曙光

长期以来，硅一直是微电子和半导体技术领域的热门材料。但硅仍然面临局限性，特别是对于电力应用的可伸缩性。要使半导体技术充分发挥其潜力，就需要在能量密度较高的情况下进行更小的设计。

图片说明：一个假彩色，平面图的SEM图像的横向镓氧化物场效应晶体管与光学定义的大门。从近（底）到远（顶）：源、栅和漏电极。金属呈黄色和橙色，深蓝色代表介电材料，较浅的蓝色表示氧化镓衬底。信用：AFRL传感器委员会在WPAFB，俄亥俄，美国& nbsp；

“在微电子领域，最大的缺点之一就是总能很好地利用电源：设计师们总是在寻找减少多余的能量消耗和不必要的热量产生，”Gregg Jessen说，他是空军研究实验室的电子工程师。通常，您可以通过缩放设备来实现这一点。但是今天使用的技术已经在许多应用中要求的操作电压接近极限。它们受到临界电场强度的限制。

透明导电氧化物是半导体技术中的一个重要新兴材料，它在视觉光谱上提供了不可能的导电性和透明性的结合。一个特别的导电氧化物具有独特的性能，使其在电源转换功能：Ga2O3，或氧化镓，一个令人难以置信的大带隙材料。

在他们的论文本周发表在应用物理快报，从AIP出版，作者Masataka Higashiwaki和耶森勾勒出一个用生产氧化镓微电子案例。作者侧重于场效应晶体管（FET），设备可以大大从氧化镓的临界电场强度效益。质量，耶森说可以使更小的几何尺寸和积极的掺杂分布，会破坏任何其他场效应晶体管材料的场效应晶体管的设计。

这种材料在各种应用中的灵活性是由于其广泛的导电性——从高导电到非常绝缘——以及由于电场强度而具有高击穿电压能力。因此，氧化镓可以被放大到一个极端的程度。大面积的氧化镓晶片也可以从熔体中生长，降低制造成本。

“氧化镓未来的应用将单极场效应晶体管电源，”耶森说。“临界场强是这里的关键指标，它能产生优越的能量密度能力。氧化镓的临界场强是硅的20倍以上，是碳化硅和氮化镓的两倍以上。

作者讨论了氧化镓晶片的制造方法，控制电子密度的能力，并与空穴传输面临的挑战。他们的研究表明，单极Ga2O3设备将占主导地位。他们还详细介绍了不同类型的场效应管氧化镓的应用和如何的材料可以是服务在中高压大功率开关电源中的应用。

“从研究的角度来看，氧化镓确实令人兴奋，”耶森说。“我们刚刚开始了解这些设备在多个应用程序中的全部潜力，现在正是参与这一领域的好时机。”