Recientemente, Shanghai Jiachi Power Technology Co., Ltd. (en adelante, "Jiachi Power"), ubicada en el clúster de semiconductores de cuarta generación de Shanghái, ha logrado un avance de gran relevancia en el campo de los semiconductores de banda prohibida ultraancha, completando la verificación de la primera fase de iteración de tape-out de chips MOSFET verticales de óxido de galio (β‑Ga₂O₃). El equipo, apoyándose en la innovación de la estructura del dispositivo y en el desarrollo independiente de procesos centrales, ha logrado desarrollar con éxito el primer dispositivo MOSFET vertical de óxido de galio de tipo enhancement del mundo con una corriente de conducción superior a 1 amperio y un voltaje de ruptura superior a 900 voltios. Múltiples parámetros de rendimiento centrales han establecido nuevos récords públicos internacionales, despejando el camino crítico para la comercialización de dispositivos de potencia de óxido de galio. Esto marca un salto tecnológico pionero de China en el ámbito de los dispositivos centrales de semiconductores de cuarta generación.
Esquema de los resultados de la investigación. Imagen cedida por el entrevistado.
El óxido de galio, como material central de la nueva generación de semiconductores de banda prohibida ultraancha, posee características de campo de ruptura ultraalto, bajas pérdidas de conducción y alta resistencia a la temperatura, lo que lo convierte en una dirección importante para el desarrollo de dispositivos de potencia de alta tensión y alta eficiencia. Puede utilizarse ampliamente en escenarios como equipos avanzados de nuevas energías, energía eléctrica industrial de gama alta, redes eléctricas inteligentes y sistemas de almacenamiento de energía, y constituye también una posición estratégica disputada por la industria global de semiconductores de potencia.
Según el equipo técnico, durante mucho tiempo, el problema del dopaje por implantación de tipo p estable y controlable ha sido un cuello de botella técnico de nivel mundial para la alta potencia y comercialización de los MOSFET de óxido de galio. Limitados por esta barrera, los MOSFET verticales de óxido de galio a nivel global presentan generalmente deficiencias como baja capacidad de conducción de corriente, insuficiente resistencia a la tensión y fugas elevadas. Antes de esto, ni en la literatura pública ni en los informes de la industria existían resultados de dispositivos con corriente de conducción que superara el nivel amperio, lo que ha ralentizado gravemente el proceso de industrialización del óxido de galio.
Frente a este problema común de la industria, el equipo técnico de Jiachi Power se apartó de los enfoques tradicionales de I+D y llevó a cabo una ofensiva tecnológica sistemática, logrando dos avances centrales originales. En cuanto a la arquitectura del dispositivo, el equipo desarrolló de forma independiente una nueva estructura de celda y de terminación especializada para MOSFET de óxido de galio, regulando finamente la estructura interna del dispositivo y la distribución del campo eléctrico, mejorando eficazmente la estabilidad del dispositivo y su capacidad de resistencia a la ruptura. A nivel de proceso, superaron el proceso de implantación iónica autoalineada del canal del MOSFET de óxido de galio, resolviendo problemas como la fabricación precisa del canal de dispositivos verticales y el control uniforme del dopaje, estableciendo un sistema de proceso exclusivo adaptado a dispositivos de óxido de galio de alta potencia, y completando con éxito el primer tape-out completo y las pruebas de rendimiento eléctrico.
Investigadores midiendo datos reales. Imagen cedida por el entrevistado.
Según se informa, los datos medidos en este tape-out alcanzaron el nivel óptimo internacional del mismo período, destacando su valor de industrialización. Primero, el equipo desarrolló de forma independiente un proceso de implantación iónica autoalineada del canal adaptado a MOSFET verticales de óxido de galio, llenando un vacío en la industria de procesos para dispositivos de alta potencia y sentando las bases de proceso para la fabricación a escala de MOSFET de óxido de galio de nivel amperio y especificaciones superiores. Segundo, el dispositivo presenta un voltaje de umbral medido de 3,9 voltios, puede operar de manera estable en modo enhancement, y el rendimiento de sus parámetros cumple con los requisitos de uso de dispositivos de potencia comerciales. Tercero, el dispositivo alcanza una corriente de conducción de 1,2 amperios y una resistencia de conducción específica de 33 miliohmios·centímetro cuadrado. Tras revisar la literatura académica mundial y los resultados públicos de la industria, este es el primer MOSFET vertical de óxido de galio del mundo con una corriente de conducción superior a 1 amperio, estableciendo un nuevo récord técnico. Cuarto, el dispositivo está diseñado para una plataforma de voltaje de 750 voltios, con un voltaje de ruptura medido superior a 900 voltios y una corriente de fuga controlada por debajo de 3 microamperios. El nivel de fuga se acerca ya al de los dispositivos de potencia comerciales maduros de silicio y carburo de silicio, resolviendo el problema de las altas fugas de los dispositivos de óxido de galio, con un potencial de adaptación comercial destacado.
"Los resultados de esta fase de tape-out han verificado completamente la viabilidad de nuestra estructura original de dispositivo y de la ruta de proceso de implantación iónica desarrollada internamente. Es un paso clave para que los dispositivos de potencia de óxido de galio pasen de la verificación de principios en laboratorio a la implementación comercial de ingeniería", declaró el equipo técnico al reportero de Science and Technology Daily.
Según se informa, en el próximo paso, Jiachi Power continuará profundizando en la pista de los semiconductores de banda prohibida ultraancha, iterando y optimizando la estructura del dispositivo, los parámetros de proceso y el sistema de adaptación de materiales epitaxiales, mejorando continuamente la fiabilidad, consistencia y rendimiento integral de los dispositivos, acelerando la iteración y actualización de chips, la verificación de muestras de productos y la definición de procesos de industrialización, contribuyendo a que la industria china de semiconductores de cuarta generación tome la delantera, y brindando apoyo a industrias estratégicas emergentes como equipos de gama alta, nuevas energías y nuevos sistemas de energía eléctrica.