Recentemente, a Shanghai Jiachi Power Technology Co., Ltd. (doravante denominada "Jiachi Power"), localizada no cluster de semicondutores de quarta geração de Xangai, obteve um progresso significativo no campo dos semicondutores de banda proibida ultra-ampla, concluindo a verificação de tape-out da primeira fase de iteração de chips MOSFET verticais de óxido de gálio (β‑Ga₂O₃). A equipe, com base na inovação da estrutura do dispositivo e no desenvolvimento independente de processos centrais, desenvolveu com sucesso o primeiro dispositivo MOSFET vertical de óxido de gálio do tipo enhancement do mundo com corrente de condução superior a 1 ampère e tensão de ruptura superior a 900 volts. Vários parâmetros de desempenho centrais estabeleceram novos recordes públicos internacionais, abrindo o caminho crítico para a comercialização de dispositivos de potência de óxido de gálio. Isso marca uma ultrapassagem tecnológica pioneira da China no campo dos dispositivos centrais de semicondutores de quarta geração.
Ilustração esquemática dos resultados da pesquisa. Fornecido pelo entrevistado.
O óxido de gálio, como material central da nova geração de semicondutores de banda proibida ultra-ampla, possui características como campo de ruptura ultra-elevado, baixa perda de condução e resistência a altas temperaturas, sendo uma importante direção de desenvolvimento para dispositivos de potência de alta tensão e alta eficiência. Pode ser amplamente utilizado em equipamentos de alta tecnologia para novas energias, energia elétrica industrial de alto padrão, redes elétricas inteligentes, sistemas de armazenamento de energia, entre outros cenários, e é também um campo estratégico disputado pela indústria global de semicondutores de potência.
Segundo a equipe técnica, por um longo período, o problema de dopagem por implantação tipo p estável e controlável tem sido um gargalo técnico mundial para a alta potência e comercialização de MOSFETs de óxido de gálio. Limitados por essa barreira, os MOSFETs verticais de óxido de gálio em todo o mundo geralmente apresentam deficiências como baixa capacidade de condução de corrente, tensão de suportabilidade insuficiente e corrente de fuga elevada. Antes disso, na literatura pública e em relatórios do setor, não havia resultados de dispositivos com corrente de condução ultrapassando o nível de ampère, o que retardou severamente o processo de industrialização do óxido de gálio.
Diante desse desafio comum do setor, a equipe técnica da Jiachi Power abandonou as abordagens tradicionais de P&D e realizou um ataque técnico sistemático, conquistando dois avanços centrais originais. Em termos de arquitetura do dispositivo, a equipe desenvolveu independentemente uma nova estrutura de célula MOSFET de óxido de gálio e estrutura dedicada de terminal, regulando finamente a estrutura interna do dispositivo e a distribuição do campo elétrico, melhorando efetivamente a estabilidade e a capacidade de tensão de ruptura do dispositivo. No nível de processo, superaram o processo de implantação iônica auto-alinhada de canal para MOSFETs de óxido de gálio, resolveram problemas como fabricação precisa de canal de dispositivos verticais e controle uniforme de dopagem, estabelecendo um sistema de processo dedicado adaptado a dispositivos de óxido de gálio de alta potência, e concluíram com sucesso o primeiro ciclo completo de tape-out e testes de desempenho elétrico.
Pesquisadores medindo dados reais. Fornecido pelo entrevistado.
Sabe-se que os dados medidos neste tape-out alcançaram o nível ótimo internacional do período, destacando o valor de industrialização. Primeiro, a equipe desenvolveu independentemente o processo de implantação iônica auto-alinhada de canal adaptado a MOSFETs verticais de óxido de gálio, preenchendo a lacuna de processos para dispositivos de alta potência do setor e estabelecendo a base de processo para a fabricação em escala de MOSFETs de óxido de gálio de nível de ampère e especificações superiores. Segundo, o dispositivo apresentou tensão de limiar medida de 3,9 volts, podendo operar de forma estável no modo enhancement, com parâmetros que atendem aos requisitos de uso de dispositivos de potência comerciais. Terceiro, o dispositivo alcançou corrente de condução de 1,2 ampères e resistência de condução específica de 33 miliohms·centímetro quadrado. Após pesquisa em literatura acadêmica global e resultados públicos da indústria, este é o primeiro MOSFET vertical de óxido de gálio do mundo com corrente de condução superior a 1 ampère, estabelecendo um novo recorde técnico. Quarto, o dispositivo foi projetado para uma plataforma de tensão de 750 volts, com tensão de ruptura medida superior a 900 volts e corrente de fuga controlada dentro de 3 microampères. O nível de fuga já se aproxima do padrão de dispositivos de potência comerciais maduros de silício e carboneto de silício, resolvendo a dor da alta fuga em dispositivos de óxido de gálio, com potencial de adaptação comercial destacado.
"Este resultado de tape-out faseado validou completamente a viabilidade de nossa estrutura original de dispositivo e da rota de processo de implantação iônica desenvolvida independentemente, sendo um passo crítico para os dispositivos de potência de óxido de gálio passarem da verificação de princípio em laboratório para a implementação comercial de engenharia." A equipe técnica declarou ao repórter do Science and Technology Daily.
Sabe-se que, no próximo passo, a Jiachi Power continuará a se aprofundar na pista dos semicondutores de banda proibida ultra-ampla, iterando e otimizando a estrutura do dispositivo, parâmetros de processo e sistema de correspondência de materiais epitaxiais, melhorando continuamente a confiabilidade, consistência e desempenho abrangente dos dispositivos, acelerando a atualização iterativa de chips, verificação de amostras de produtos e definição de processos de industrialização, auxiliando a indústria de semicondutores de quarta geração da China a ultrapassar em curva, e fornecendo suporte para indústrias estratégicas emergentes como equipamentos de alto padrão, novas energias e novos sistemas de energia elétrica.