de.wedoany.com-Bericht: Kürzlich vermeldete das Forschungsteam für Halbleiter der vierten Generation und die Abteilung für neue Technologien des Shenzhen Pinghu Labors in China erfreuliche Neuigkeiten: Bedeutende Fortschritte wurden sowohl bei der Oberflächenglättung von Galliumoxid (Ga₂O₃) als auch beim goldfreien Ohmschen Kontaktverfahren erzielt. Basierend auf mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) hergestellten Ga₂O₃-Epitaxiewafern erreichte das Team mit einem goldfreien Verfahren einen spezifischen Kontaktwiderstand von 8E-7 Ω cm². Gleichzeitig wurde ein neues Verfahren zur Oberflächenglättung von Ga₂O₃-Epitaxiewafern entwickelt, das die quadratische Rauheit (RMS) der Oberfläche auf 0,107 nm reduziert. Beide Kernindikatoren haben das branchenweit beste Niveau erreicht und liefern eine weitere entscheidende Unterstützung für die autonome Kontrolle und industrielle Umsetzung von Halbleitern der vierten Generation in China.
Galliumoxid ist ein weltweit intensiv erforschtes Kernmaterial für ultrabreitbandige Halbleiter. Es bietet herausragende Vorteile wie hohe Spannungsfestigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und hohe Leistungsfähigkeit und ist die ideale Wahl für die nächste Generation von Hochleistungs-Leistungselektronikbauelementen. Langfristig behinderten jedoch zwei technische Engpässe die Massenproduktion von Ga₂O₃-Bauelementen: Erstens die Abhängigkeit der Elektrodenkontakte vom Edelmetall Gold, was hohe Kosten und geringe thermische Stabilität mit sich bringt; zweitens die raue Oberfläche der Epitaxiewafer, die leicht zu Defekten und Feldkonzentrationen führt und die Zuverlässigkeit der Bauelemente beeinträchtigt. Das Forschungsteam des Shenzhen Pinghu Labors hat nun beide branchenweiten Herausforderungen auf einmal gelöst.
Goldfreies Ohmsches Kontaktverfahren: Elektroden ohne Gold, Kosten um 90 % gesenkt, stabilere Leistung
Die Ohmsche Kontakttechnik für Galliumoxid war lange Zeit auf goldbasierte (Au) Systeme angewiesen. Der goldfreie (Au-free) Ohmsche Kontakt ist eine Schlüsseltechnologie für die industrielle Umsetzung und die autonome Kontrolle der Industrie. Obwohl herkömmliche goldbasierte Kontakte den Kontaktwiderstand bis zu einem gewissen Grad senken können, weisen sie kritische Engpässe wie Hochtemperaturdiffusion, geringe thermische Stabilität, hohe Kosten und Prozessinkompatibilität auf, die die Bauelementleistung und die Machbarkeit der Massenproduktion direkt einschränken.
Durch die Nutzung von mehrschichtigen Stapeln aus unedlen Metallen und Grenzflächenengineering wurde ein Ohmscher Kontakt erfolgreich realisiert, der eine hervorragende Leistung mit einem spezifischen Kontaktwiderstand von 8E-7 Ω cm² (niedriger als der Wert von 1E-6 Ω·cm² bei vergleichbaren goldbasierten Verfahren) erreicht. Im Vergleich zu herkömmlichen Goldverfahren umgeht die neue Lösung nicht nur Prozessengpässe und Schwachstellen, sondern senkt die Materialkosten für die Elektroden um über 90 %.
Oberflächenglättungsverfahren für Galliumoxid: Verwandlung von „rauem Sandpapier" in einen „atomar glatten Spiegel"
Die Oberflächenrauheit ist ein wichtiger Parameter zur Bewertung der Qualität von Ga₂O₃-Einkristallsubstraten und homoepitaktischen Schichten. Aufgrund des signifikanten morphologischen Vererbungseffekts beim epitaktischen Wachstum von Galliumoxid werden Unebenheiten des Substrats direkt auf die Epitaxieschicht übertragen und Oberflächendefekte weiter verstärkt. Eine raue Oberfläche erzeugt eine große Anzahl von Gitter-Dangling-Bonds und Grenzflächendefekten, was zu einer erhöhten Grenzflächenzustandsdichte führt. Gleichzeitig können mikroskopische Erhebungen auf der Oberfläche lokale elektrische Feldkonzentrationen verursachen und einen vorzeitigen Durchschlag des Bauelements auslösen. Um diese Herausforderung zu bewältigen, entwickelte das Forschungsteam ein neues Oberflächenglättungsverfahren, das die quadratische Rauheit (RMS) der Epitaxiewaferoberfläche auf 0,107 nm reduzierte – eine Verbesserung um mehr als das Sechsfache im Vergleich zur ursprünglichen Rauheit. Dies erreicht atomare Glätte und verbessert die Stabilität und Spannungsfestigkeit der Bauelemente erheblich.
Die Durchbrüche bei diesen beiden Kernverfahren erschließen direkt die entscheidende Verbindungskette von Galliumoxid vom Material zum Bauelement, verbessern die Leistung und Zuverlässigkeit der Bauelemente erheblich und legen eine solide Grundlage für ihre großflächige Anwendung in Hochleistungs-Leistungselektronikbereichen wie neuen Energien, Schienenverkehr und intelligenten Stromnetzen. Sie festigen zudem Chinas Vorteil bei der unabhängigen Innovation im Bereich ultrabreitbandiger Halbleiter. In Zukunft, mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung des goldfreien Verfahrens und der ultra-glatten Oberflächentechnologie, rückt Galliumoxid einen Schritt näher an die großflächige kommerzielle Nutzung heran und wird voraussichtlich schneller Einzug in industrielle und zivile Anwendungen halten, was Chinas Vorsprung in der globalen Halbleiterindustrie der vierten Generation vorantreibt.
Bemerkenswert ist, dass das Shenzhen Pinghu Labor weiterhin positive Nachrichten vermeldet. Die gemeinsam mit der Shenzhen Pengjin High-Tech Co., Ltd. aufgebaute Pilotplattform für Verbindungshalbleiter-Leistungsbauelemente wurde zuvor als Pilotplattform für Halbleiter und integrierte Schaltkreise (Verbindungshalbleiter-Leistungsbauelemente) der Provinz Guangdong anerkannt. In diesem Jahr erhielt die Plattform nacheinander die Anerkennung als Klein- und Mittelversuchsbasis für Verbindungshalbleiter-Leistungsbauelemente der Stadt Shenzhen und als vom Ministerium für Industrie und Informationstechnologie (MIIT) besonders geförderte Pilotplattform. Diese beiden bedeutenden Anerkennungen markieren einen sprunghaften Aufstieg von der Unterstützung auf Stadtebene über die Planung auf Provinzebene bis zur Förderung auf nationaler Ebene.
Das Shenzhen Pinghu Labor ist die Shenzhen-Plattform des Nationalen Innovationszentrums für Halbleiter der dritten Generation sowie die Pilotplattform für Halbleiter und integrierte Schaltkreise (Verbindungshalbleiter-Leistungsbauelemente) der Provinz Guangdong. Es wurde vom Shenzhener Amt für Wissenschaft, Technologie und Innovation gegründet. Das Labor konzentriert sich auf die Forschung zu SiC- und GaN-basierten sowie zukünftigen fortschrittlichen Leistungselektronikmaterialien und -bauelementen, Kernanlagen und -komponenten sowie begleitende Materialverifizierungsdienste und führt Durchbrüche bei Kerntechnologien durch.
Es wurde ein moderner Industriepark mit vollständigen Funktionen errichtet. Er befindet sich im Luoshan Science and Technology Park im Bezirk Longgang, Shenzhen, erstreckt sich über eine Fläche von 130 Mu (ca. 8,7 Hektar) und verfügt über branchenführende Infrastruktur für Forschung, Entwicklung und Produktion von Breitband-Halbleiter-Leistungsbauelementen, über 380 internationale und nationale fortschrittliche Geräte sowie 9.500 Quadratmeter Reinraumfläche der Klasse 100.
Das Labor vereint führende internationale und nationale F&E-Talente und erfahrene Ingenieure der Branche, um ein offenes, öffentliches und gemeinsames Forschungszentrum, Pilotzentrum sowie Analyse- und Prüfzentrum für das ganze Land aufzubauen. Es ist bestrebt, die gemeinsamen Herausforderungen und Schlüsseltechnologien in der Wertschöpfungskette von Halbleitern der dritten Generation zu überwinden, kontinuierlich Innovationen voranzutreiben, die Lieferkette für Halbleiter der dritten Generation zu erschließen, weltweit führende Innovationsergebnisse bei Halbleitern der nächsten Generation zu erzielen, Talente von Weltklasse auszubilden und gemeinsam mit Partnern ein Ökosystem zu bilden, um eine nachhaltige Zukunft aufzubauen.
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