中國粉體網訊 2020年7月，西安電子科技大學微電子學院關于硅與氮化鎵異質集成芯片論文在國際半導體器件權威期刊IEEE Transactions on Electron Devices上發表，郝躍院士團隊的張家祺博士和張葦杭博士為本論文的共同第一作者，張春福教授為論文的通訊作者。國際半導體行業著名雜志《Semiconductor Today》及時對成果進行了跟蹤報道，受到國內外業界的關注。
《Semiconductor Today》指出：中國西安電子科技大學研究團隊研發的“轉印與自對準刻蝕技術”有效地實現了晶圓級的異質集成，有望將多種不同的功能材料如硅、氮化鎵等集成在晶圓級的單片上，以此為基礎制造的器件及集成電路理論上具有更加多樣強大的功能與更高的集成度。基于所研發的低成本轉印與自對準刻蝕新技術，西安電子科技大學團隊首次實現了晶圓級硅與氮化鎵單片異質集成的增強型共源共柵晶體管,取得了硅和氮化鎵晶圓級單片異質集成新突破。該新技術避免了昂貴復雜的異質材料外延和晶圓鍵合的傳統工藝技術，有望成為突破摩爾定律的一條有效技術路徑。
氮化鎵高功率器件在電力電子領域中受到越來越多的關注，在汽車電子、機電控制、光伏產業和各類電源系統中得到越來越多的應用。電力電子器件更加需要常關態增強型氮化鎵功率器件，但由于異質結二維電子氣形成原因，一般的氮化鎵器件主要是耗盡型的。一種可行的方案是由一個增強型硅晶體管與一個耗盡型氮化鎵晶體管級聯組成共源共柵型增強型氮化鎵器件，這種結構擁有穩定的正閾值電壓并且與現有的柵驅動電路相兼容。此外，由于硅MOS結構的引入使得共源共柵氮化鎵器件具有更大的與驅動電路兼容的柵壓擺幅。
然而，如何實現晶圓級單片集成Si-GaN共源共柵晶體管是一個十分困難的問題，因為這涉及到兩種完全不同的半導體材料集成在同一個晶圓上。郝躍院士團隊創新地提出了一種轉印和自對準刻蝕方法，并首次實現了晶圓級的Si-GaN單片異質集成的共源共柵晶體管。這項技術和方法有望實現多種材料的大規模異質集成并基于此制造功能多樣化的器件和電路，避免了昂貴且復雜的材料異質共生技術或晶圓鍵合工藝。
通過轉印和自對準刻蝕的新技術，使得硅器件與氮化鎵器件的互連距離縮短至100μm以下，僅為傳統鍵合線長度的5%。據估算，新型的共源共柵晶體管可以比傳統鍵合方法減少98.59%的寄生電感。Si-GaN單片異質集成的共源共柵晶體管的閾值電壓被調制為2.1V，實現了增強型器件。該器件柵壓擺幅在柵漏電低于10-5mA/mm的范圍內達到了±18V。經過大量器件測試和可靠性試驗后，芯片之間的性能具有良好的一致性，這充分證明了轉印和自對準刻蝕技術實現晶圓級單片集成共源共柵晶體管的巨大潛力和優勢。
（中國粉體網編輯整理/漫道）
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