【對話前沿專家】香港科技大學黃文海教授談氧化鎵器件的突破與展望

聚焦超寬禁帶半導體新星，泰克張欣與港科大黃文海教授探討氧化鎵前沿進展

在超寬禁帶半導體領(lǐng)域，氧化鎵器件憑借其獨特性能成為研究熱點。我們有幸與香港科技大學電子及計算機工程教授黃文海教授，圍繞氧化鎵器件的研究現(xiàn)狀、應用前景及測試測量挑戰(zhàn)展開深入交流。

香港科技大學在氧化鎵研究領(lǐng)域取得了顯著的成果，涵蓋了材料生長、器件設(shè)計、性能優(yōu)化和應用開發(fā)等多個方面。通過與國際科研機構(gòu)和企業(yè)的合作，港科大團隊不僅推動了氧化鎵技術(shù)的發(fā)展，也為相關(guān)領(lǐng)域的應用提供了重要的技術(shù)支持。

黃文海教授的團隊主要致力于氧化鎵器件全鏈條的研究。在材料生長方面，聚焦優(yōu)化晶體生長工藝，通過改進熔體生長技術(shù)，成功提升了氧化鎵晶體的質(zhì)量，降低了晶體缺陷密度，為制備高性能器件提供了優(yōu)質(zhì)材料基礎(chǔ)。在器件設(shè)計與制備上，黃教授的團隊創(chuàng)新設(shè)計了多種新型器件結(jié)構(gòu)，例如基于場板優(yōu)化的垂直晶體管結(jié)構(gòu)，有效提高了器件的擊穿電壓和導通性能，部分器件性能指標達到國際先進水平。這些成果為氧化鎵器件在高功率、高壓等應用場景的推廣奠定了堅實基礎(chǔ)。

氧化鎵器件的演變與關(guān)鍵技術(shù)突破

張欣：在氧化鎵器件的發(fā)展進程中，您認為哪些關(guān)鍵技術(shù)突破助力其從理論走向?qū)嶋H應用？這些突破具體是如何提升氧化鎵器件性能的呢？

黃文海教授：氧化鎵器件的發(fā)展確實離不開一些關(guān)鍵技術(shù)的突破。首先，高質(zhì)量的材料生長技術(shù)是基礎(chǔ)，我們通過分子束外延（MBE）等技術(shù)，能夠生長出高質(zhì)量的氧化鎵薄膜，這對于器件的性能至關(guān)重要。其次，器件結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化也非常關(guān)鍵。例如，我們通過引入場板技術(shù)，有效提高了器件的耐壓能力。此外，對于器件的電場管理技術(shù)，如高k介質(zhì)的應用，也顯著改善了器件的電學性能。

張欣：近年來，氧化鎵器件在材料、結(jié)構(gòu)等方面持續(xù)演進。能否請您分享一下當下在這些方面的最新發(fā)展趨勢？

黃文海教授：在材料方面，我們正在探索新型的氧化鎵材料，這些材料具有更高的耐壓能力和更低的漏電率。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，我們致力于開發(fā)更高效的垂直結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)更高的功率密度和更好的散熱性能。這些研究方向都旨在進一步提升氧化鎵器件的性能，以滿足不同應用場景的需求。

氧化鎵器件的應用展望

張欣：在諸多應用領(lǐng)域中，您認為未來氧化鎵器件在哪些方面最具發(fā)展?jié)摿Γ吭蚴鞘裁矗?/span>

黃文海教授：我認為氧化鎵器件在電力電子、紫外探測和傳感器等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。在電力電子領(lǐng)域，氧化鎵器件的高耐壓和低功耗特性使其成為理想的電力轉(zhuǎn)換器件，能夠顯著提高電力系統(tǒng)的效率和可靠性。在紫外探測方面，氧化鎵材料的寬帶隙特性使其對紫外光具有高靈敏度，有望在環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學成像等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

張欣：對于氧化鎵器件在新興領(lǐng)域的應用，目前還面臨哪些挑戰(zhàn)？學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界該如何協(xié)同合作？

黃文海教授：目前，氧化鎵器件在高頻、高功率應用中的穩(wěn)定性仍需進一步提高。學術(shù)界應專注于基礎(chǔ)研究，探索新材料和新結(jié)構(gòu)；產(chǎn)業(yè)界則應側(cè)重于器件制造和應用開發(fā)，將研究成果轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品。通過這種協(xié)同合作，可以加速氧化鎵器件的商業(yè)化進程，推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

測試測量的挑戰(zhàn)與應對

張欣：在氧化鎵器件的測試測量環(huán)節(jié)，您遇到過哪些較為突出的難點和痛點？

黃文海教授：氧化鎵器件的特殊電學和光學特性給測試測量帶來了諸多技術(shù)難題。例如，由于氧化鎵器件的高耐壓特性，在測量其電學參數(shù)時需要高精度、高穩(wěn)定性的測試設(shè)備。此外，對于器件的光學特性測量，如紫外光發(fā)射和吸收，也需要專業(yè)的光譜分析設(shè)備。

張欣：這些測試難點對氧化鎵器件的研發(fā)、生產(chǎn)以及質(zhì)量控制產(chǎn)生了怎樣的影響？在實際工作中，您是如何應對這些挑戰(zhàn)的？

黃文海教授：這些測試難點對氧化鎵器件的研發(fā)、生產(chǎn)以及質(zhì)量控制產(chǎn)生了顯著影響。為了應對這些挑戰(zhàn)，我們采用了多種先進的測量方法，如掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）以及X射線光電子能譜（XPS）等，以全面表征氧化鎵器件的性能。同時，我們也使用了泰克/吉時利（Tektronix/Keithley）的測試測量解決方案，這些設(shè)備的高精度和高穩(wěn)定性對于我們的研究至關(guān)重要。

未來展望：氧化鎵器件的發(fā)展方向

張欣：請您對氧化鎵器件未來5-10年的發(fā)展方向做一個前瞻性預測。在此過程中，您認為會出現(xiàn)哪些關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新點？

黃文海教授：未來5-10年，氧化鎵器件將在更高電壓、更高頻率和更高功率的應用中取得突破。這些應用將推動電力電子技術(shù)的革新，為可再生能源、電動汽車和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域帶來新的發(fā)展機遇。同時，我認為新型器件結(jié)構(gòu)的開發(fā)、材料質(zhì)量的進一步提升以及制造工藝的優(yōu)化將是未來的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點。我相信，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和合作，氧化鎵器件將在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，為全球半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新的活力。

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