專(zhuān)家介紹

馮倩，現為西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院教授，博士生導師。長(cháng)期從事寬禁帶/超寬禁帶半導體材料與器件的研究，目前主要研究工作集中在超寬禁帶半導體氧化鎵材料的理論仿真研究，外延生長(cháng)以及日盲紫外探測器、高壓開(kāi)關(guān)肖特基二極管和MOSFET器件的研究。在IEEE Electron. Device Letter, IEEE Trans. Electron Devices、Applied Physics Letters等國際著(zhù)名期刊及會(huì )議上發(fā)表論文50余篇，申請/授權專(zhuān)利40余項，獲省部級獎勵三項，國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎一項。先后承擔和參與了國家自然科學(xué)基金面上項目、自然基金重點(diǎn)項目、國家科技重大專(zhuān)項、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等多項國家級部委級項目。

專(zhuān)訪(fǎng)提問(wèn)：

1. 請介紹團隊，以及目前的研究方向、進(jìn)展、成果等

我們團隊目前主要集中在氧化鎵薄膜材料的外延生長(cháng)和電子器件的制備。就氧化鎵薄膜材料生長(cháng)方面，主要采用脈沖MOCVD生長(cháng)技術(shù)提高鎵原子在襯底表面的遷移性，延長(cháng)遷移時(shí)間，改善薄膜質(zhì)量，減小表面粗糙度。其中采用脈沖In作為表面活性劑提高了薄膜生長(cháng)速率，降低了氧空位含量，改善了材料結晶質(zhì)量，使薄膜表面的粗糙度減小到1nm以下，而采用Si源脈沖生長(cháng)技術(shù)實(shí)現了電子濃度為3x10¹⁹cm^-3，而遷移率仍能達到50cm²/Vs的優(yōu)異性能。而在氧化鎵肖特基二極管研究方面，我們的工作仍然集中在提高器件擊穿電壓，降低導通電阻的技術(shù)的研究。包括采用禁帶寬度更寬的p型ZnNiO開(kāi)展JBS，JTE等器件結構的研究，取得了器件比接觸電阻為3.2mΩ·cm², 擊穿電壓達到2910V，PFOM=2.65GW/cm²的器件性能。

2. 是什么樣的契機讓您開(kāi)始研究氧化鎵

最開(kāi)始留意到氧化鎵是因為2013年12月份的IEDM會(huì )議上，日本NICT發(fā)表了一篇有關(guān)氧化鎵MOSFET器件的文章，文中展示了MOSFET器件優(yōu)異的電流開(kāi)關(guān)比以及高溫特性。此時(shí)氮化鎵器件日趨成熟，逐漸走向應用和市場(chǎng)化。郝躍院士認為我們需要尋求性能更優(yōu)的半導體材料以滿(mǎn)足未來(lái)的需求，因此建議我關(guān)注該材料和相關(guān)器件的研究進(jìn)展，并且基于PLD設備開(kāi)展初期的材料制備研究。此后，我就開(kāi)始了氧化鎵材料和器件的研究工作。

3. 團隊研究目前遇到的難點(diǎn)、或近期攻破的難點(diǎn)

我們目前遇到的研究難點(diǎn)主要集中在高性能的氧化鎵材料制備。縱觀(guān)電子器件的發(fā)展，大家不難發(fā)現在Si，SiC或者GaN功率器件的發(fā)展過(guò)程中，其結構的改進(jìn)與創(chuàng )新并不是特別多，通過(guò)多種終端結構的綜合使用改進(jìn)器件的擊穿特性，采用超結結構減小器件的導通電阻。但是針對每種材料都有專(zhuān)有的材料生長(cháng)設備與技術(shù)，并不通用。也就是說(shuō)針對每種材料的特性都需要研制和開(kāi)發(fā)與之相匹配的材料生長(cháng)設備和技術(shù)。目前氧化鎵器件性能主要受限于材料質(zhì)量。盡管美國Agnitron為氧化鎵材料生長(cháng)而設計了MOCVD設備，但是目前設備的結構還在進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)中，仍然通過(guò)材料的測試結果對設備反應室結構進(jìn)行調整，也就是說(shuō)目前材料質(zhì)量還在逐步改進(jìn)的進(jìn)程中，距離其理論特性還有比較大的差距。因此我們目前也在探索氧化鎵材料的生長(cháng)方法，包括如何抑制未摻雜薄膜背景載流子的補償效應，如何改善載流子的遷移率等。

4. 氧化鎵材料的研究您會(huì )更關(guān)注哪些方面？請說(shuō)明原因

關(guān)于氧化鎵材料的研究，我目前可能更關(guān)注材料性能的均勻性和一致性。畢竟要推進(jìn)氧化鎵的實(shí)用化，主要集中在高性能器件和模塊的制備上，同樣要求器件性能的一致性和穩定性，而這些除了與器件制備工藝相關(guān)以外，更重要的決定于材料性能的均勻性和一致性。

5. 對于氧化鎵現在的研究難點(diǎn)，您有什么建議？

目前氧化鎵薄膜質(zhì)量的提高，我個(gè)人覺(jué)得可能要通過(guò)開(kāi)發(fā)MOCVD高速生長(cháng)設備替代目前所用的HVPE技術(shù)，這將大大提高氧化鎵薄膜的質(zhì)量，同時(shí)通過(guò)多片的同時(shí)生長(cháng)降低MOCVD技術(shù)的成本，可能是獲得高質(zhì)量氧化鎵薄膜材料的最終途徑。另一方面就是p型材料的獲得，我們可以嘗試通過(guò)摻雜的方式實(shí)現氧化物p型薄膜（比如Li摻雜NiO）以及穩定的空穴濃度，而不是基于空位或者缺陷的方式，因為這會(huì )造成空穴濃度和電學(xué)性能的不穩定，會(huì )對器件的長(cháng)期應用和可靠性形成很大的威脅。

6. 您覺(jué)得學(xué)校和企業(yè)之間什么樣的合作方式更有助于氧化鎵的產(chǎn)化？

學(xué)?？赡芨瞄L(cháng)于內部機制的分析與研究，而企業(yè)則更了解市場(chǎng)的需求，但市場(chǎng)需求的滿(mǎn)足，仍然圍繞現有問(wèn)題的解決。企業(yè)和學(xué)校都可以集中于某個(gè)問(wèn)題的解決上，但側重點(diǎn)不同，企業(yè)主要側重于技術(shù)方案的調整，而學(xué)校側重于分析技術(shù)方案帶來(lái)變化的深入分析，并能在分析的基礎上給出指導性的方向或者結論，減小企業(yè)的實(shí)驗成本和時(shí)間成本，推進(jìn)氧化鎵的研究。

7. 對于從事氧化鎵研究的青年學(xué)者和研究人員，以及未來(lái)將要從事氧化鎵研究的人員，您可以分享哪些經(jīng)驗？

目前關(guān)于氧化鎵已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究，因此想從事氧化鎵研究的青年學(xué)者需要聚焦在急需解決的技術(shù)或者關(guān)鍵問(wèn)題上，嘗試從多個(gè)角度進(jìn)行實(shí)驗，以期獲得突破性的進(jìn)展，但在此過(guò)程中肯定面臨眾多需要解決的難題和一次次的失敗，希望大家擁有強大的抗挫折能力能夠繼續把研究開(kāi)展下去，并在此過(guò)程中不斷進(jìn)行討論，思考，調整方向，最終獲得好結果。

8. 對于聯(lián)盟的服務(wù)內容您有什么建議？

聯(lián)盟能夠提供一個(gè)良好的平臺，供研究人員與企業(yè)可以開(kāi)展多方位的合作，促進(jìn)氧化鎵的快速發(fā)展。

我建議聯(lián)盟可以把材料研究結構和器件研究結構更緊密的聯(lián)系起來(lái)，做好中間聯(lián)系工作。實(shí)時(shí)跟進(jìn)材料研究結構的供片和器件結構的性能反饋，根據信息反饋來(lái)反映出影響電子器件性能和壽命的主要缺陷，這樣也更加推動(dòng)了材料質(zhì)量的提高。

 

本文轉載自《亞洲氧化鎵聯(lián)盟》公眾號