日前，鴻海科技集團宣布旗下鴻海研究院半導體所所長暨陽明交通大學講座教授郭浩中及半導體所研究團隊，攜手陽明交大電子所洪瑞華教授團隊，在第四代化合物半導體的關鍵技術上取得重大突破。研究成果提高了第四代半導體氧化鎵 (Ga2O3)在高壓、高溫應用領域的高壓耐受性能，并已發(fā)表于國際頂級材料科學期刊Materials Today Advances （MATER TODAY ADV）。
本次研究 Heteroepitaxially Grown Homojunction Gallium Oxide PN Diodes Using Ion Implantation Technologies，導入離子注入技術于異質磊晶生長的同質結氧化鎵PN二極管元件中，結果展示出優(yōu)異的電性表現(xiàn)。氧化鎵 (Gallium Oxide, Ga2O3) 在高壓及高溫應用領域的強大潛力，為未來高功率電子元件開辟了新的可能性。這一研究成果已發(fā)表于國際頂級材料科學期刊Materials Today Advances。
(圖示：各式半導體材料的理論導通電阻與崩潰電壓關系，以氧化鎵 (Ga2O3) 為代表的第四代半導體在高壓、高溫應用領域展現(xiàn)出優(yōu)越性能，為功率電子器件開辟新途徑。)
第四代半導體氧化鎵 (Ga2O3) 因其優(yōu)異的性能，被視為下一代半導體材料的代表，擁有超寬能隙 (4.8 eV)、超高臨界擊穿場強 (8 MV/cm) 等特性，較現(xiàn)有的硅 (Si)、碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等材料具有顯著優(yōu)勢。這些特性使得氧化鎵特別適用于電動車、電網系統(tǒng)、航空航天等高功率應用場景。
此次鴻海研究院與陽明交大電子所通力合作，以創(chuàng)新的離子布植技術成功制造出具備優(yōu)異電性表現(xiàn)的氧化鎵 PN 二極管 (PN diode)，利用磷離子布植和快速熱退火技術實現(xiàn)了第四代半導體 P 型 Ga2O3 的制造，并在其上重新生長 N 型和 N+ 型 Ga2O3，形成了 PN Ga2O3 二極管。這一突破性技術除了能大幅提升元件的穩(wěn)定性和可靠性，并顯著降低電阻。
(圖示：由鴻海研究院半導體所及陽明交大電子所研究團隊合力制作的氧化鎵 PN 二極管示意圖與元件剖面?zhèn)纫晥D。)
論文詳細闡述了這種新型 Ga2O3 PN 二極管的制作過程和性能特征。實驗結果顯示，該元件具有 4.2 V 的開啟電壓和 900 V 的擊穿電壓，展現(xiàn)出元件優(yōu)異的高壓耐受性能。
氧化鎵元件將有望成為具有競爭力的電力電子元件，能直接與碳化硅元件競爭。目前，中國、日本和美國在氧化鎵研究領域處于領先地位。日本已實現(xiàn)4英寸和6英寸氧化鎵晶圓的產業(yè)化，而中國多家科研機構和企業(yè)也在積極推進相關研究與產品開發(fā)。
(圖說：由鴻海研究院半導體所及陽明交大電子所研究團隊合力制作的氧化鎵 PN 二極管元件與電性表現(xiàn)分析， (a) 線性刻度 I-V 曲線；(b) 擊穿 (breakdown) 電性表現(xiàn)行為。)
鴻海表示，隨著氧化鎵技術的進一步發(fā)展，未來可以期待其在更多高壓、高溫和高頻領域中有更廣泛應用。（來源：鴻海集團）
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