与SiC和GaN比较，β-Ga2O3有望以低成本制作出高耐压且低丢失的功率半导体元件，因而引起了极大重视。关键源于日本信息通讯研讨机构等的研讨小组开宣布的β-Ga2O3晶体管。下面请这些研讨小组的技术人员，以论文方式介绍一下β-Ga2O3的特色、研制效果以及往后的开展。
咱们一直在致力于运用氧化镓（Ga2O3）的功率半导体元件（以下简称功率元件）的研制。Ga2O3与作为新一代功率半导体资料推动开发的SiC和GaN比较，有望以低成本制作出高耐压且低丢失的功率元件。其原因在于资料特性超卓，比方带隙比SiC及GaN大，并且还可运用能够高品质且低成本制作单结晶的“溶液成长法”。
在咱们瞄准的功率元件运用中，运用Ga2O3试制了“MESFET”（metal-semiconductorfieldeffecttransistor，金属半导体场效应晶体管）。尽管是未形成保护膜（钝化膜）的十分简略的结构，但试制品显现出了耐压高、走漏电流小的特性。而运用SiC及GaN来制作相同结构的元件时，要想实现像试制品这样的特性，则是十分难的。
尽管研制尚处于初期阶段，但咱们以为Ga2O3的潜力巨大。本论文将介绍Ga2O3在功率元件用处方面的运用价值、研制效果，以及往后的方针等。
比SiC及GaN更为超卓的功能
Ga2O3是金属镓的氧化物，一起也是一种半导体化合物。其结晶形状到现在（2012年2月）已承认有α、β、γ、δ、ε五种，其间，β结构最安稳。与Ga2O3的结晶成长及物性相关的研讨报告大部分都运用β结构。咱们也运用β结构展开了研制。
β-Ga2O3具有名为“β-gallia”的单结晶结构。β-Ga2O3的带隙很大，到达4.8～4.9eV，这一数值为Si的4倍多，并且也超越了SiC的3.3eV及GaN的3.4eV（表1）。一般情况下，带隙大的话，击穿电场强度也会很大（图1）。β-Ga2O3的击穿电场强度估量为8MV/cm左右，到达Si的20多倍，相当于SiC及GaN的2倍以上。
图1：击穿电场强度大
带隙越大，击穿电场强度就越大。β-Ga2O3的击穿电场强度为估测值。
β-Ga2O3在显现出超卓的物性参数的一起，也有一些不如SiC及GaN的方面，这便是迁移率和导热率低，以及难以制作p型半导体。不过，咱们以为这些方面临功率元件的特性不会有太大的影响。
之所以说迁移率低不会有太大问题，是由于功率元件的功能很大程度上取决于击穿电场强度。就β-Ga2O3而言，作为低丢失性目标的“巴利加优值（Baliga’sfigureofmerit）”与击穿电场强度的3次方成正比、与迁移率的1次方成正比。因而，巴加利优值较大，是SiC的约10倍、GaN的约4倍。
一般情况下，导热率低的话，很难使功率元件在高温下作业。不过，作业温度再高也不过200～250℃，因而实际运用时不会有问题。并且封装有功率元件的模块及电源电路等运用的封装资料、布线、焊锡、密封树脂等周边构件的耐热温度最高也不过200～250℃程度。因而，功率元件的作业温度也必需要操控在这一水平之下。
别的，关于难以制作p型半导体这一点，运用β-Ga2O3来制作功率元件时，能够将其用作N型半导体，因而也不是什么问题。并且，经过掺杂Sn及Si等施主杂质，可在电子浓度为1016～1019cm-3的大规模内对N型传导特性进行操控（图2）。
图2：N型传导特性的操控规模大
运用β-Ga2O3时，可在大规模内操控N型传导性。实际上，经过掺杂施主杂质，可在1016～1019cm-3规模内调整电子密度。
导通电阻仅为SiC的1/10
β-Ga2O3由于巴利加优值较高，因而理论上来说，在制作相同耐压的单极功率元件时，元件的导通电阻比选用SiC及GaN低许多（图3）。下降导通电阻有利于削减电源电路在导通时的电力丢失。
图3：导通电阻比SiC及GaN小
在相同耐压下比较时，β-Ga2O3制作的单极元件，其导通电阻理论上可降至运用SiC时的1/10、运用GaN时的1/3。图中的直线与巴加利优值的倒数持平。直线方位越挨近右下方，制成的功率元件功能就越超卓。
运用β-Ga2O3的功率元件不只能够下降导通时的丢失，并且还可下降开关时的丢失。由于从理论上说，在耐压1kV以上的高耐压用处方面，能够运用单极元件。
比方，设有运用保护膜来减轻电场向栅极会集的“场板”的单极晶体管（MOSFET），其耐压可到达3k～4kV。
而运用Si的话在耐压为1kV时就有必要运用双极元件，即使运用耐压公认较高的SiC，在耐压为4kV时也有必要运用双极元件。双极元件以电子和空穴为载流子，因而与只以电子为载流子的单极元件比较，在导通及截止的开关动作时，沟道内的载流子的发生和消失会消耗时刻，丢失简单变大。
比方Si，在耐压1kV以上的用处方面通常是晶体管运用IGBT，二极管运用PIN二极管。
SiC的话，耐压4kV以下用处时晶体管可运用MOSFET等单极元件，二极管可运用肖特基势垒二极管（SBD）等单极元件。但在耐压4kV以上时导通电阻超越10mΩcm2，单极元件不具有实用性。因而有必要运用双极元件。
更多资讯请重视：21ic模仿频道
