氧化镓射频功率器件研究进展

周敏，周弘，张进成，郝跃（西安电子科技大学集成电路学部）

摘要：超宽禁带半导体材料氧化镓（β-Ga2O3）具备高临界击穿场强、高电子饱和速率等特性，同时具有熔体法生长的大尺寸单晶衬底，有望在未来电网、轨道交通、雷达通信等高压大功率领域得到广泛应用。虽然基于氧化镓材料的电子器件在国际上已经取得了快速发展，然而受限于氧化镓材料迁移率低、热导率差的原因，氧化镓基射频器件的研究相对滞后。本文首先剖析了高压射频功率器件的发展需求，包括更高的功率量级、更小更轻便的设备、更高效的系统。随后，从击穿场强、饱和速率、晶圆制造和热管理四个方面阐述了氧化镓材料适合做高压大功率射频器件的原因。接着，综述了国际上有关氧化镓基射频功率器件研究的相关进展，主要讨论了同、异质衬底金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），以及异质结场效应晶体管（HFET）三种类型的器件结构。最后，总结了目前氧化镓射频功率器件性能提升的两大挑战是热扩散能力差和电子迁移率低，并对未来该领域的研究方向进行了展望和建议，例如高导热衬底的异质集成、表面钝化技术研究、器件在极端环境下的可靠性问题等，为相关领域的研究人员提供参考。

关键词：氧化镓；射频；输出功率；频率；功率附加效率；热导率