Недавно расположенная в Шанхайской зоне кластера полупроводников четвёртого поколения компания Shanghai Gallium Chi Power Technology Co., Ltd. (далее — «Gallium Chi Power») добилась значительного прогресса в области сверхширокозонных полупроводников, завершив первый этап итерационной проверки пластин вертикальных MOSFET-чипов на основе оксида галлия (β-Ga₂O₃). Опираясь на инновации в структуре приборов и собственные разработки ключевых технологических процессов, команда успешно создала первый в мире прибор — вертикальный MOSFET на основе оксида галлия обогащённого типа с током проводимости свыше 1 ампера и напряжением пробоя более 900 вольт. Ряд ключевых характеристик обновил международные публичные рекорды, что открыло критически важный путь к коммерциализации силовых приборов на основе оксида галлия. Это знаменует собой опережающий технологический скачок Китая в области ключевых приборов полупроводников четвёртого поколения.
Схема результатов исследования. Фото предоставлено респондентом.
Оксид галлия как ключевой материал нового поколения сверхширокозонных полупроводников обладает сверхвысокой пробивной напряжённостью поля, низкими потерями проводимости и термостойкостью. Он является важным направлением развития высоковольтных и высокоэффективных силовых приборов и может широко применяться в высокотехнологичном оборудовании для новой энергетики, промышленной силовой электронике высокого класса, интеллектуальных электросетях, системах накопления энергии и других сценариях. Это также стратегическая высота, за которую борется мировая индустрия силовых полупроводников.
По словам технической команды, проблема стабильного и контролируемого легирования p-типа методом ионной имплантации долгое время оставалась мировым технологическим барьером на пути к повышению мощности и коммерциализации MOSFET на основе оксида галлия. Из-за этого ограничения вертикальные MOSFET на основе оксида галлия во всём мире повсеместно страдают от слабой токовой нагрузки, недостаточной стойкости к напряжению и повышенных токов утечки. До этого в открытых научных публикациях и отраслевых отчётах не было результатов по приборам с током проводимости, превышающим амперный уровень, что серьёзно замедляло процесс коммерциализации оксида галлия.
Столкнувшись с общими для отрасли проблемами, техническая команда Gallium Chi Power отошла от традиционных подходов к исследованиям и разработкам и провела системную технологическую атаку, добившись двух оригинальных ключевых прорывов. В области архитектуры приборов команда самостоятельно разработала новую структуру элементарной ячейки и специализированную структуру терминации MOSFET на основе оксида галлия, тонко регулируя внутреннюю структуру прибора и распределение электрического поля, что эффективно повысило стабильность прибора и его пробивную стойкость. На технологическом уровне была освоена технология самосовмещённой ионной имплантации канала MOSFET на основе оксида галлия, решены проблемы точного формирования канала вертикальных приборов и равномерного контроля легирования, создана специализированная технологическая система, адаптированная к мощным приборам на основе оксида галлия, и успешно завершён первый полный цикл изготовления пластин и испытаний электрических характеристик.
Исследователи проводят измерения данных. Фото предоставлено респондентом.
Сообщается, что фактические данные, полученные в ходе данного цикла изготовления, достигли лучшего международного уровня на тот период, а их ценность для коммерциализации очевидна. Во-первых, команда самостоятельно разработала технологию самосовмещённой ионной имплантации канала, адаптированную к вертикальной структуре MOSFET на основе оксида галлия, заполнив пробел в отраслевых технологиях мощных приборов и заложив технологическую основу для масштабного производства MOSFET на основе оксида галлия амперного и более высокого уровня. Во-вторых, измеренное пороговое напряжение прибора составляет 3,9 вольта, он может стабильно работать в обогащённом режиме, а параметры соответствуют требованиям к коммерческим силовым приборам. В-третьих, ток проводимости прибора достигает 1,2 ампера, удельное сопротивление проводимости — 33 миллиома·квадратный сантиметр. По результатам поиска в мировых научных публикациях и открытых отраслевых достижениях это первый в мире вертикальный MOSFET на основе оксида галлия с током проводимости свыше 1 ампера, что устанавливает новый технологический рекорд. В-четвёртых, прибор спроектирован под платформу напряжения 750 вольт, измеренное напряжение пробоя превышает 900 вольт, ток утечки не превышает 3 микроампер — уровень утечки уже приближается к показателям зрелых коммерческих силовых приборов на основе кремния и карбида кремния, что решает проблему высокой утечки приборов на основе оксида галлия и демонстрирует выдающийся потенциал для коммерческой адаптации.
«Этот промежуточный результат цикла изготовления полностью подтвердил осуществимость нашей оригинальной структуры прибора и собственного маршрута технологии ионной имплантации. Это ключевой шаг силовых приборов на основе оксида галлия от лабораторной проверки принципа к коммерческой инженерной реализации», — заявила техническая команда корреспонденту газеты «Кэцзи жибао».
Сообщается, что в дальнейшем Gallium Chi Power продолжит углублённую работу в сфере сверхширокозонных полупроводников, будет итерационно оптимизировать структуру приборов, технологические параметры и систему согласования эпитаксиальных материалов, постоянно повышать надёжность, однородность и комплексные характеристики приборов, ускорять итерационное обновление чипов, проверку образцов продукции и окончательную отладку промышленной технологии, способствуя смене технологической колеи и опережающему развитию отечественной индустрии полупроводников четвёртого поколения и обеспечивая поддержку стратегически важных новых отраслей, таких как высокотехнологичное оборудование, новая энергетика и энергосистемы нового типа.