芯耀
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在超寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域，氧化鎵器件憑借其獨(dú)特性能成為研究熱點(diǎn)。我們有幸與香港科技大學(xué)電子及計(jì)算機(jī)工程教授黃文海教授，圍繞氧化鎵器件的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用前景及測(cè)試測(cè)量挑戰(zhàn)展開深入交流。
香港科技大學(xué)在氧化鎵研究領(lǐng)域取得了顯著的成果，涵蓋了材料生長(zhǎng)、器件設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化和應(yīng)用開發(fā)等多個(gè)方面。通過(guò)與國(guó)際科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的合作，港科大團(tuán)隊(duì)不僅推動(dòng)了氧化鎵技術(shù)的發(fā)展，也為相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支持。
黃文海教授的團(tuán)隊(duì)主要致力于氧化鎵器件全鏈條的研究。在材料生長(zhǎng)方面，聚焦優(yōu)化晶體生長(zhǎng)工藝，通過(guò)改進(jìn)熔體生長(zhǎng)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(jì)與制備上，黃教授的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了多種新型器件結(jié)構(gòu)，例如基于場(chǎng)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(dǎo)通性能，部分器件性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。這些成果為氧化鎵器件在高功率、高壓等應(yīng)用場(chǎng)景的推廣奠定了堅(jiān)實(shí)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(jìn)程中，您認(rèn)為哪些關(guān)鍵技術(shù)突破助力其從理論走向?qū)嶋H應(yīng)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(shí)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(zhǎng)技術(shù)是基礎(chǔ)，我們通過(guò)分子束外延（MBE）等技術(shù)，能夠生長(zhǎng)出高質(zhì)量的氧化鎵薄膜，這對(duì)于器件的性能至關(guān)重要。其次，器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化也非常關(guān)鍵。例如，我們通過(guò)引入場(chǎng)板技術(shù)，有效提高了器件的耐壓能力。此外，對(duì)于器件的電場(chǎng)管理技術(shù)，如高k介質(zhì)的應(yīng)用，也顯著改善了器件的電學(xué)性能。
張欣：近年來(lái)，氧化鎵器件在材料、結(jié)構(gòu)等方面持續(xù)演進(jìn)。能否請(qǐng)您分享一下當(dāng)下在這些方面的最新發(fā)展趨勢(shì)？
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(jì)上，我們致力于開發(fā)更高效的垂直結(jié)構(gòu)，以實(shí)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(jìn)一步提升氧化鎵器件的性能，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
氧化鎵器件的應(yīng)用展望
張欣：在諸多應(yīng)用領(lǐng)域中，您認(rèn)為未來(lái)氧化鎵器件在哪些方面最具發(fā)展?jié)摿?？原因是什么?/p>
黃文海教授：我認(rèn)為氧化鎵器件在電力電子、紫外探測(cè)和傳感器等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ陔娏﹄娮宇I(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(cè)方面，氧化鎵材料的寬帶隙特性使其對(duì)紫外光具有高靈敏度，有望在環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
張欣：對(duì)于氧化鎵器件在新興領(lǐng)域的應(yīng)用，目前還面臨哪些挑戰(zhàn)？學(xué)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(yīng)用中的穩(wěn)定性仍需進(jìn)一步提高。學(xué)術(shù)界應(yīng)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(yīng)側(cè)重于器件制造和應(yīng)用開發(fā)，將研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品。通過(guò)這種協(xié)同合作，可以加速氧化鎵器件的商業(yè)化進(jìn)程，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。
測(cè)試測(cè)量的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)
張欣：在氧化鎵器件的測(cè)試測(cè)量環(huán)節(jié)，您遇到過(guò)哪些較為突出的難點(diǎn)和痛點(diǎn)？
黃文海教授：氧化鎵器件的特殊電學(xué)和光學(xué)特性給測(cè)試測(cè)量帶來(lái)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(cè)量其電學(xué)參數(shù)時(shí)需要高精度、高穩(wěn)定性的測(cè)試設(shè)備。此外，對(duì)于器件的光學(xué)特性測(cè)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(cè)試難點(diǎn)對(duì)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(shí)際工作中，您是如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的？
黃文海教授：這些測(cè)試難點(diǎn)對(duì)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(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們采用了多種先進(jìn)的測(cè)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(shí)，我們也使用了泰克/吉時(shí)利（Tektronix/Keithley）的測(cè)試測(cè)量解決方案，這些設(shè)備的高精度和高穩(wěn)定性對(duì)于我們的研究至關(guān)重要。
未來(lái)展望：氧化鎵器件的發(fā)展方向
張欣：請(qǐng)您對(duì)氧化鎵器件未來(lái)5 - 10年的發(fā)展方向做一個(gè)前瞻性預(yù)測(cè)。在此過(guò)程中，您認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)哪些關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)？
黃文海教授：未來(lái)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(yīng)用中取得突破。這些應(yīng)用將推動(dòng)電力電子技術(shù)的革新，為可再生能源、電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。同時(shí)，我認(rèn)為新型器件結(jié)構(gòu)的開發(fā)、材料質(zhì)量的進(jìn)一步提升以及制造工藝的優(yōu)化將是未來(lái)的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。我相信，通過(guò)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新的活力。
