專家介紹

馮倩，現(xiàn)為西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。長期從事寬禁帶/超寬禁帶半導(dǎo)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(dǎo)體氧化鎵材料的理論仿真研究，外延生長以及日盲紫外探測器、高壓開關(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等國際著名期刊及會(huì)議上發(fā)表論文50余篇，申請(qǐng)/授權(quán)專利40余項(xiàng)，獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)三項(xiàng)，國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)一項(xiàng)。先后承擔(dān)和參與了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家科技重大專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等多項(xiàng)國家級(jí)部委級(jí)項(xiàng)目。

專訪提問：

1. 請(qǐng)介紹團(tuán)隊(duì)，以及目前的研究方向、進(jìn)展、成果等

我們團(tuán)隊(duì)目前主要集中在氧化鎵薄膜材料的外延生長和電子器件的制備。就氧化鎵薄膜材料生長方面，主要采用脈沖MOCVD生長技術(shù)提高鎵原子在襯底表面的遷移性，延長遷移時(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速率，降低了氧空位含量，改善了材料結(jié)晶質(zhì)量，使薄膜表面的粗糙度減小到1nm以下，而采用Si源脈沖生長技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電子濃度為3x10¹⁹cm^-3，而遷移率仍能達(dá)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(dǎo)通電阻的技術(shù)的研究。包括采用禁帶寬度更寬的p型ZnNiO開展JBS，JTE等器件結(jié)構(gòu)的研究，取得了器件比接觸電阻為3.2mΩ·cm², 擊穿電壓達(dá)到2910V，PFOM=2.65GW/cm²的器件性能。

2. 是什么樣的契機(jī)讓您開始研究氧化鎵

最開始留意到氧化鎵是因?yàn)?013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(yīng)用和市場化。郝躍院士認(rèn)為我們需要尋求性能更優(yōu)的半導(dǎo)體材料以滿足未來的需求，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(shè)備開展初期的材料制備研究。此后，我就開始了氧化鎵材料和器件的研究工作。

3. 團(tuán)隊(duì)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。縱觀電子器件的發(fā)展，大家不難發(fā)現(xiàn)在Si，SiC或者GaN功率器件的發(fā)展過程中，其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與創(chuàng)新并不是特別多，通過多種終端結(jié)構(gòu)的綜合使用改進(jìn)器件的擊穿特性，采用超結(jié)結(jié)構(gòu)減小器件的導(dǎo)通電阻。但是針對(duì)每種材料都有專有的材料生長設(shè)備與技術(shù)，并不通用。也就是說針對(duì)每種材料的特性都需要研制和開發(fā)與之相匹配的材料生長設(shè)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為氧化鎵材料生長而設(shè)計(jì)了MOCVD設(shè)備，但是目前設(shè)備的結(jié)構(gòu)還在進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)中，仍然通過材料的測試結(jié)果對(duì)設(shè)備反應(yīng)室結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，也就是說目前材料質(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方法，包括如何抑制未摻雜薄膜背景載流子的補(bǔ)償效應(yīng)，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(qǐng)說明原因

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(wěn)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(duì)于氧化鎵現(xiàn)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)人覺得可能要通過開發(fā)MOCVD高速生長設(shè)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)通過多片的同時(shí)生長降低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，我們可以嘗試通過摻雜的方式實(shí)現(xiàn)氧化物p型薄膜（比如Li摻雜NiO）以及穩(wěn)定的空穴濃度，而不是基于空位或者缺陷的方式，因?yàn)檫@會(huì)造成空穴濃度和電學(xué)性能的不穩(wěn)定，會(huì)對(duì)器件的長期應(yīng)用和可靠性形成很大的威脅。

6. 您覺得學(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于內(nèi)部機(jī)制的分析與研究，而企業(yè)則更了解市場的需求，但市場需求的滿足，仍然圍繞現(xiàn)有問題的解決。企業(yè)和學(xué)校都可以集中于某個(gè)問題的解決上，但側(cè)重點(diǎn)不同，企業(yè)主要側(cè)重于技術(shù)方案的調(diào)整，而學(xué)校側(cè)重于分析技術(shù)方案帶來變化的深入分析，并能在分析的基礎(chǔ)上給出指導(dǎo)性的方向或者結(jié)論，減小企業(yè)的實(shí)驗(yàn)成本和時(shí)間成本，推進(jìn)氧化鎵的研究。

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

目前關(guān)于氧化鎵已經(jīng)開展了大量的研究，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)鍵問題上，嘗試從多個(gè)角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以期獲得突破性的進(jìn)展，但在此過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(qiáng)大的抗挫折能力能夠繼續(xù)把研究開展下去，并在此過程中不斷進(jìn)行討論，思考，調(diào)整方向，最終獲得好結(jié)果。

8. 對(duì)于聯(lián)盟的服務(wù)內(nèi)容您有什么建議？

聯(lián)盟能夠提供一個(gè)良好的平臺(tái)，供研究人員與企業(yè)可以開展多方位的合作，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(jié)構(gòu)和器件研究結(jié)構(gòu)更緊密的聯(lián)系起來，做好中間聯(lián)系工作。實(shí)時(shí)跟進(jìn)材料研究結(jié)構(gòu)的供片和器件結(jié)構(gòu)的性能反饋，根據(jù)信息反饋來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(zhuǎn)載自《亞洲氧化鎵聯(lián)盟》公眾號(hào)