集微網(wǎng)報道 4月20日，“2023中國光谷九峰山論壇暨化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大會”開幕大會在武漢光谷舉行。

在上午的主旨報告環(huán)節(jié)，中國科學(xué)院院士、西安電子科技大學(xué)教授郝躍發(fā)表演講，介紹了化合物半導(dǎo)體器件進展與挑戰(zhàn)。

郝躍院士長期從事新型寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件、微納米半導(dǎo)體器件與高可靠集成電路等方面的科學(xué)研究與人才培養(yǎng)。在氮化鎵∕碳化硅第三代(寬禁帶)半導(dǎo)體功能材料和微波器件、半導(dǎo)體短波長光電材料與器件研究和推廣、微納米CMOS器件可靠性與失效機理研究等方面取得了系統(tǒng)的創(chuàng)新成果。

會上，郝躍院士介紹了氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體材料的研究進展，也報告了其研究團隊在氮化鎵等材料方面所取得的突破成果。

據(jù)悉，氮化鎵射頻器件因其優(yōu)異性能，在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮舉足輕重的作用，已成為全球半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究焦點和世界各國競相搶占的戰(zhàn)略制高點。

郝躍院士指出，氮化物的最大優(yōu)點是，它是當前所有的寬禁帶半導(dǎo)體中唯一一個能夠做二維電子氣的材料，它可以完全靠極化來不斷調(diào)節(jié)二維電子氣的密度，想要做什么器件，通過調(diào)節(jié)勢壘層的材料和厚度即可，這是它的一個非常好的特性。

郝躍院士研究團隊在氮化鎵材料方面進行了多年持續(xù)研究，在高功率密度氮化鎵毫米波功率器件、低損傷氮化鎵增強型射頻器件關(guān)鍵技術(shù)、低壓高效率氮化鎵射頻功率器件、超高頻氮化鎵器件等技術(shù)方向取得了一系列突破進展。

例如，70nm柵長氮化鎵超高頻器件，是世界上第一次采用100nm工藝在AlGaN上實現(xiàn)fT>100GHz的器件,該器件的fT/fmax 為211/379GHz，是目前世界上頻率最高的 AlGaN/GaN HEMT; 毫米波太赫茲GaN SBD射頻器件,獲得了國家十三五科技成就獎，該器件的開啟電壓僅為0.4V，大大降低了二極管的損耗。

其中，基于70nm柵長氮化鎵超高頻器件，實現(xiàn)了在k波段下55%的功率附加效率，遠超砷化鎵器件在這方面的表現(xiàn)。氮化物的這些優(yōu)異特性，使得它在未來的6G通信中具有廣闊應(yīng)用前景。

談及未來氮化物半導(dǎo)體的研究挑戰(zhàn)，郝躍院士認為，同碳化硅一樣，氮化物半導(dǎo)體也面臨著諸多挑戰(zhàn)，第一個挑戰(zhàn)是它的功率密度還能高到什么程度；第二個挑戰(zhàn)就是空間輻照問題。

郝躍院士指出，不僅在空間應(yīng)用，在現(xiàn)在的飛機上都會出現(xiàn)輻照問題，如果這一問題不能得到解決，高效的電源器件就很難進入航空航天領(lǐng)域應(yīng)用。

除了氮化物外，近年來氧化物半導(dǎo)體也吸引了行業(yè)的極大關(guān)注。在郝躍院士看來，雖然氧化物半導(dǎo)體離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有一定的距離，但已經(jīng)看到了前景。氧化物半導(dǎo)體的禁帶寬度更寬，相比氮化鎵和碳化硅，它可以實現(xiàn)更低的損耗。但氧化物也有弱點，就是散熱問題，不解決它的散熱問題，就不可能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

目前，微系統(tǒng)所和西電采用smart cut轉(zhuǎn)移了wafer級氧化鎵薄膜于高熱導(dǎo)率襯底，部分解決了氧化鎵襯底低熱導(dǎo)率的問題，實現(xiàn)了4英寸氧化鎵材料的轉(zhuǎn)移。

郝躍院士演講最后指出，未來還是應(yīng)該走異質(zhì)異構(gòu)集成的道路，化合物半導(dǎo)體要跟硅半導(dǎo)體緊密融合。他進而呼吁，國內(nèi)應(yīng)該成立一個開放的平臺，實現(xiàn)硅集成電路和化合物半導(dǎo)體的多功能的集成，這樣，無論是光電子還是傳感器，或是功率電子，都可以與硅集成電路廣泛的集成在一起，實現(xiàn)真正意義上的多功能，推動我國整個電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。