氮化镓SBD突破

新晶科技 （Novel Crystal Technology）开发出全球首款安培级1200V击穿电压氧化镓肖特基势垒二极管


       作为 NEDO 的“战略节能技术创新计划”的一部分，日本公司 Novel Crystal Technology 正致力于 β-Ga2O3 肖特基势垒二极管的商业开发，该公司已宣布推出安培级 1200V 击穿电压肖特基势垒二极管 (SBD)。

       该公司表示，这一成就将极大地推动具有高击穿电压的氧化镓 SBD 的商业化，并将导致价格更低、性能更高的电力电子产品。

       此外，通过实现更高效和微型化的电力电子器件，如用于光伏发电的功率转换器、用于工业用途的通用逆变器和电源，预计SBD将有助于有效利用电能，如通过汽车和飞行器的电气化。这一成果的详细内容发表在2021年12月15日的《应用物理》在线版上，由应用物理学的日本协会发表。

       β-Ga2O3具有优越的材料特性，并且与 SiC 或 GaN 相比，其晶体生长方法成本更低，后者是替代硅的高性能材料。 β-Ga2O3可制成低损耗、低成本的功率器件，有望应用于家电、电动汽车、铁路车辆、工业设备、太阳能发电、风力发电等领域。国内外的公司和研究机构正在加速对β-Ga2O3的研究和开发，目标是使用这种材料来小型化和提高电气设备的效率。

       新晶科技（Novel Crystal Technology）于 2017 年启动 β-Ga2O3 器件商业化计划，并一直致力于展示 β-Ga2O3肖特基势垒二极管 (SBD)，作为新能源和工业技术开发组织（NEDO）战略节能技术创新计划的一部分。使用我们的研究原型生产线和代工厂，我们开发了在 2 英寸晶圆上批量生产沟槽型 β-Ga2O3 SBD 的工艺，并开发了第一个安培级 1200V 击穿电压β-Ga2O3 。预计由此产生的高压β-Ga2O3 SBD将应用于下一代快速充电器等，未来对更高电压和更高功率的需求将增加。

       这一成就背后有着悠久的历史。新晶体技术的母公司Tamura Corporation通过参与NEDO资助的项目（“战略性节能技术创新计划/超高压氧化镓功率器件研发”，2011年至2013年），于2015年成功开发了世界上第一个用于功率器件的β-Ga2O3外延片。

       自2018年以来，公司一直在NEDO资助的项目“战略节能技术创新计划/安培级氧化镓功率器件研发”中为功率器件开发实用的β-Ga2O3 SBD。这里所报道的成功是基于 NEDO 资助的另一个项目“战略节能技术创新计划/β-Ga2O3 SBD 的商业开发”的结果，新晶科技自 2020 年以来一直参与该项目。这项成果的详细内容发表在2021年12月15日日本应用物理学会出版的《应用物理》（Applied Physics Express）在线版。


成就

图1

       迄今为止，相对容易加工的平面型结构已被用于大电流 β-Ga2O3 SBD。但是，由于平面型具有较大的泄漏电流，因此很难制造出击穿电压为1200V的平面β-Ga2O3 SBD。 2017年，Novel Crystal Technology, Inc. 成功展示了一种沟槽型β-Ga2O3 SBD，该SBD可将反向泄漏电流降低至1/1000，此后，该SBD一直在提高器件的击穿电压和电流。

       上图是开发的 β-Ga2O3 场镀沟槽 MOSSBD 的光学图像和横截面示意图。该器件的正向电流 IF 为 2 A (VF = 2.0 V)（下图 2a），击穿电压为 1200 V，低漏电流 <10-9 A（下图 2b）。目前，该公司通过使用研究原型生产线和代工厂，能够在2英寸晶圆上批量生产SBD。

图 2. 开发的 β-Ga2O3 场镀沟槽 MOSSBD 的电流-电压特性

未来的计划

       通过参与NEDO项目，新晶科技将确立制造工艺，并确保这些新型1200V击穿电压β-Ga2O3 SBD的可靠性，目标是在2023年实现商业化。该公司还将建造一个100毫米的大规模生产线，批量生产2021年6月开始上市销售的高品质β-Ga2O3 100毫米外延片。

       预计到 2022 年和 2030 年将分别扩大到 1200 亿日元和 1500 亿日元的中高压高速二极管市场将尤其受益于这一发展。

       中高压高速二极管市场将受益于这一发展，该市场预计将在2022年扩大到1200亿日元，到2030年将扩大到1500亿日元。