日本三菱化學及富士電機、豐田中央研究所、京都大學、產業技術綜合研究所的聯合團隊成功解決了在氮化鎵(GaN)芯片上形成GaN元件功率半導體關鍵技術。GaN功率半導體是碳化硅功率半導體的下一代技術。日本通過發光二極管的開發積累了GaN元件技術,GaN芯片生產量占據世界最高份額。若做到現有技術的實用化,將處于世界優勢地位。
功率半導體有利于家電、汽車、電車等的節能,產業需求很大。GaN功率半導體中,硅基板上形成橫型GaN系的高電子遷移率晶體管等設備已經量產,但是,GaN基板上形成GaN的金屬-氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)高性能設備的研究剛剛起步。美國也在積極研究,世界開發競爭激烈。
日聯合團隊制作了高質量2英寸GaN芯片和MOSFET。三菱化學面向功率半導體改良了GaN芯片量產技術“氨熱熱法”。優化晶體成長條件,將芯片平均缺陷密度,減少到以往的數百分之一、每1平方厘米數千個水平。他們2018年度目標是使缺陷進一步降低1位數以上,實現4英寸大尺寸芯片。
富士電機等制作的MOSFET,元件性能指標之一的移動度比碳化硅功率半導體高,確保了實際工作所必要的正閾值電壓。GaN的MOSFET兼有這些特性為首例。豐田中央研究所通過新離子注入法試制成功了GaN的pn結。
“新一代功率電子工業”為日內閣府發展戰略性創新創造計劃的一環。今后,日研究團隊將從芯片到元件形成、加工技術、基礎物性的解讀等各個方面入手,檢驗其實用性,特別要將元件縱型制作,以便通過大電流。
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