es.wedoany.com Noticia: Recientemente, el equipo de investigación de semiconductores de cuarta generación del Laboratorio de Pinghu en Shenzhen, China, junto con el equipo del Departamento de Nuevas Tecnologías de Ingeniería, han anunciado importantes avances tanto en la planarización superficial del óxido de galio como en el proceso de contacto óhmico sin oro. Basándose en obleas epitaxiales de óxido de galio depositadas por deposición química de vapor metalorgánica (MOCVD), el equipo logró una resistividad de contacto específica de 8E-7 Ω·cm² utilizando un proceso libre de oro, y simultáneamente desarrolló un nuevo proceso de planarización superficial para obleas epitaxiales de óxido de galio, reduciendo la rugosidad cuadrática media (RMS) de la superficie a 0,107 nm. Ambos indicadores clave han alcanzado los mejores niveles de la industria, proporcionando un apoyo crucial para la autonomía controlable y la industrialización de los semiconductores de cuarta generación en China.
El óxido de galio es un material semiconductor central de banda ultraancha que se investiga intensamente a nivel mundial, destacando por sus ventajas excepcionales como alta resistencia a voltaje, alta temperatura y alta potencia, lo que lo convierte en una opción ideal para la próxima generación de dispositivos electrónicos de potencia de alto rendimiento. Sin embargo, durante mucho tiempo, dos cuellos de botella tecnológicos han limitado la producción en masa de dispositivos de óxido de galio: primero, la dependencia del metal precioso oro para los contactos de electrodo, lo que resulta en altos costos y baja estabilidad térmica; segundo, la rugosidad superficial de las obleas epitaxiales, que tiende a inducir defectos y concentración de campo eléctrico, afectando la fiabilidad del dispositivo. Esta vez, el equipo de investigación del Laboratorio de Pinghu en Shenzhen ha resuelto ambos desafíos de la industria de una sola vez.
Proceso de contacto óhmico sin oro: fabricación de electrodos sin usar oro, reduciendo costos en un 90% y mejorando la estabilidad del rendimiento
La ingeniería de contacto óhmico para el óxido de galio ha dependido durante mucho tiempo de sistemas basados en oro (Au), mientras que el contacto óhmico libre de oro (Au-free) es una tecnología clave para lograr la producción en masa y la autonomía industrial controlable. Aunque los contactos tradicionales basados en oro pueden reducir la resistencia de contacto hasta cierto punto, presentan cuellos de botella críticos como difusión a altas temperaturas, baja estabilidad térmica, altos costos e incompatibilidad de procesos, lo que limita directamente el rendimiento del dispositivo y la viabilidad de la producción en masa.
Mediante el uso de apilamientos multicapa de metales no preciosos e ingeniería de interfaz para lograr el contacto óhmico, se ha alcanzado con éxito un rendimiento excelente con una resistividad de contacto específica de 8E-7 Ω·cm² (inferior a la del proceso con oro de especificaciones similares, que es de 1E-6 Ω·cm²). En comparación con el proceso tradicional basado en oro, el nuevo esquema no solo evita los cuellos de botella y puntos débiles del proceso, sino que también reduce el costo de los materiales de electrodo en más del 90%.
Proceso de planarización superficial del óxido de galio: transformando "papel de lija rugoso" en "espejo a nivel atómico"
La rugosidad superficial es un parámetro importante para evaluar la calidad de los sustratos monocristalinos de óxido de galio y las capas epitaxiales homogéneas. Debido al efecto de herencia morfológica significativo en el crecimiento epitaxial del óxido de galio, las irregularidades de la superficie del sustrato se transfieren directamente a la capa epitaxial, amplificando aún más los defectos superficiales. Una superficie rugosa genera una gran cantidad de enlaces colgantes de la red y defectos de interfaz, lo que aumenta la densidad de estados de interfaz; además, las microprotuberancias superficiales pueden causar concentración local de campo eléctrico, induciendo una ruptura prematura del dispositivo. Para abordar esta dificultad, el equipo de investigación desarrolló un nuevo proceso de planarización superficial, reduciendo la rugosidad cuadrática media (RMS) de la superficie de la oblea epitaxial a 0,107 nm, una mejora de más de 6 veces en comparación con la rugosidad inicial, logrando una planitud a nivel atómico y mejorando significativamente la estabilidad del dispositivo y su resistencia al voltaje.
Estos dos avances en procesos centrales han desbloqueado directamente el enlace clave desde el material de óxido de galio hasta los dispositivos, mejorando significativamente el rendimiento y la fiabilidad de los dispositivos. Esto sienta una base sólida para su aplicación a gran escala en campos de electrónica de potencia de alto rendimiento, como nuevas energías, transporte ferroviario y redes eléctricas inteligentes, y también consolida aún más la ventaja de innovación autónoma de China en el campo de los semiconductores de banda ultraancha. En el futuro, con la iteración continua de la tecnología sin oro y la tecnología de superficie ultraplana, el óxido de galio estará un paso más cerca de la comercialización a gran escala, con la esperanza de integrarse más rápidamente en aplicaciones industriales y de la vida cotidiana, impulsando a la industria de semiconductores de cuarta generación de China a liderar globalmente.
Cabe destacar que el Laboratorio de Pinghu en Shenzhen ha estado recibiendo buenas noticias con frecuencia. La plataforma de prueba piloto de semiconductores de potencia compuestos, establecida conjuntamente por el laboratorio y Shenzhen Pengjin High-Tech Co., Ltd., fue aprobada anteriormente como plataforma de prueba piloto de semiconductores e circuitos integrados (semiconductores de potencia compuestos) de la provincia de Guangdong. Este año, ha obtenido sucesivamente la base de prueba piloto y pequeña escala de semiconductores de potencia compuestos de Shenzhen y la plataforma de prueba piloto clave de cultivo del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información, dos reconocimientos importantes que logran una actualización escalonada desde el apoyo a nivel municipal, la planificación a nivel provincial hasta el cultivo a nivel nacional.
El Laboratorio de Pinghu en Shenzhen es la plataforma integral de Shenzhen del Centro Nacional de Innovación Tecnológica de Semiconductores de Tercera Generación y la plataforma de prueba piloto de semiconductores e circuitos integrados (semiconductores de potencia compuestos) de la provincia de Guangdong, establecido por la Oficina de Innovación Científica y Tecnológica de Shenzhen. Se dedica a la investigación de materiales y dispositivos de electrónica de potencia avanzada de próxima generación, como SiC y GaN, así como a equipos centrales, componentes y servicios de verificación de materiales complementarios, llevando a cabo investigaciones de tecnologías centrales.
Ya se ha construido un parque industrial moderno y completamente funcional, ubicado en el Parque Científico y Tecnológico de Luoshan, distrito de Longgang, Shenzhen, con una superficie de 130 mu (aproximadamente 8,67 hectáreas). Cuenta con infraestructura líder en la industria para la investigación y producción de semiconductores de potencia de banda ancha, con más de 380 conjuntos de equipos avanzados nacionales e internacionales, y un área de sala limpia de clase 100 de 9500 metros cuadrados.
El laboratorio reúne a los mejores talentos de investigación y ingenieros senior de la industria nacional e internacional, creando un centro de investigación científica, un centro de prueba piloto y un centro de análisis y pruebas abiertos, públicos y compartidos para todo el país. Se dedica a superar los problemas comunes y las tecnologías clave en la cadena de la industria de semiconductores de tercera generación, impulsando continuamente la innovación, desbloqueando la cadena industrial de semiconductores de tercera generación, y generando resultados de innovación de clase mundial en la próxima generación de semiconductores, formando talentos de clase mundial y formando un ecosistema con socios para construir conjuntamente un futuro sostenible.
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