功率器件作为能源控制领域的核心器件，无论是在电力、机械、交通等传统产业领域，还是在通信、航天、高铁、新能源等新兴技术产业领域都有着巨大的市场潜能。相较于传统的Si材料，GaN半导体具有禁带宽度大、饱和漂移速度高、极限击穿电场大、高电子迁移率和高热导率等特点，使得GaN功率器件在功率转换、微波通信等高压、大电流、高频及高温工作场合具有显著的优势。
2023年5月5-7日，“2023碳化硅关键装备、工艺及其他新型半导体技术发展论坛”在长沙召开。论坛在第三代半导体产业技术创新战略联盟的指导下，由极智半导体产业网与中国电子科技集团第四十八研究所等单位联合组织。论坛围绕“碳化硅衬底、外延及器件相关装备产业创新发展”、“关键零部件及制造工艺创新突破”、“产业链上下游协同创新”、“氮化镓与氧化镓等其他新型半导体”，邀请产业链上下游的企业及高校科研院所代表深入研讨，携手促进国内碳化硅及其他半导体产业的发展。
期间，在“氮化镓、氧化镓及其他新型半导体”分论坛上，河北工业大学张紫辉教授分享了“GaN功率电子器件的物理建模与制备研究”主题报告。
报告围绕GaN基肖特基势垒二极管（SBD）展开了系统性研究，设计并制备了一种具有侧壁场板终端的GaN基准垂直SBD，其场板绝缘层为SiO2，该结构以3 μm漂移区实现了近420 V的击穿电压；研究了一种基于GaN衬底的沟槽MOS型肖特基势垒二极管结构 (TMBS)，对台面的宽度、沟槽的深度、场板介质层的厚度以及介质层的类型进行了系统性研究。
并采用侧壁场板的同时对台面进行倾斜化处理，可有效抑制表面电场和台面拐角处的电场，进而提高器件的击穿电压；设计并制备了一种混合边缘终端，即p-NiO场环结合侧壁场板结构：在正向导通时，正偏的p-NiO/n-GaN可以有效减小台面底部两侧的电子势垒，从而增强其电流扩展能力，降低比导通电阻；在反向截止状态下，反偏的p-NiO/n-GaN结合侧壁场板可以有效增强台面区域的电荷耦合效应，从而减小电极接触界面和台面拐角处电场，实现1.1kV的击穿电压。
最后，报告还详细探索了GaN基SBD表面及侧壁刻蚀区域的表面态对击穿电压及载流子输运的影响，并提出了MIS结构肖特基电极，并可实现3.3kV的GaN SBD的设计方案。
嘉宾简介：张紫辉，2006年毕业于山东大学并获得理学学士学位，2015年毕业于新加坡南洋理工大学并获博士学位，后留校担任南洋理工大学研究员，目前担任河北工业大学教授、博士生导师，是河北省特聘专家、省特殊津贴专家、河北省青年拔尖人才、石家庄市管拔尖人才。主要研究宽禁带半导体器件、半导体器件物理、芯片设计与仿真技术及产业化推广；已在Applied Physics Letters、IEEE Electron Devices、Optics Express、Optics Letters等领域内权威SCI 期刊发表科研论文150余篇，其中以第一作者/通讯作者发表文章110余篇；参与出版学术专著5部；获授权美国专利、中国国家专利共计34项，已经完成成果转化5项；先后主持国家自然科学基金等各类课题19项。
