上海微系統所在IEDM2024上發布晶圓級金剛石基氧化鎵陣列化單晶薄膜及高性能射頻器件制備研究進展

上海微系統所異質集成XOI團隊和南京電子器件研究所超寬禁帶半導體研究團隊合作，在金剛石基氧化鎵異質集成材料與器件領域取得突破性進展。該研究成果于12月9號在第70屆國際電子器件大會（IEDM 2024）以口頭報告形式發表“First Demonstration of Wafer-level Arrayed β-Ga₂O₃ Thin Films and MOSFETs on Diamond by Transfer Printing Technology”。博士生趙天成、南京電子器件研究所郁鑫鑫高級工程師、徐文慧助理研究員為本論文共同第一作者，徐文慧助理研究員、歐欣研究員、南京電子器件研究所李忠輝研究員為論文共同通訊作者，上海微系統所為第一完成單位。

氧化鎵在寬/超寬禁帶半導體材料中熱導率（0.1-0.27 W/m·K）最低，不到硅材料的1/5，這使得氧化鎵器件在大功率工況下面臨嚴重自熱效應和壽命短等可靠性問題。金剛石是自然界已知熱導率最高的材料，是大功率、射頻器件的理想熱沉襯底材料，將金剛石用于異質集成正在成為大功率器件熱管理的重要研究方向，如圖1所示。然而，金剛石與氧化鎵等功率、射頻半導體材料晶格失配度大，且金剛石晶圓形貌和表面平整度差，這使得通過直接外延生長和晶圓鍵合實現金剛石基異質集成材料面臨巨大挑戰。