De acordo com pt.wedoany.com-Recentemente, a equipe de pesquisa de semicondutores de quarta geração do Laboratório Pinghu de Shenzhen, China, em conjunto com a equipe do Departamento de Novas Tecnologias de Engenharia, anunciou boas notícias: avanços significativos foram alcançados tanto na planarização da superfície do óxido de gálio quanto no processo de contato ôhmico sem ouro. Com base em epilayers de óxido de gálio crescidos por deposição química de vapor metalorgânica (MOCVD), a equipe utilizou um processo livre de ouro para obter uma resistividade de contato específica de 8E-7 Ω cm² e, simultaneamente, desenvolveu um novo processo de planarização de superfície para epilayers de óxido de gálio, reduzindo a rugosidade quadrática média (RMS) da superfície para 0,107 nm. Ambos os indicadores principais atingiram o melhor nível da indústria, fornecendo suporte crucial para a autonomia controlável e a industrialização dos semicondutores de quarta geração da China.
O óxido de gálio é um material semicondutor central de banda proibida ultra larga, atualmente foco de pesquisa global, com vantagens proeminentes como alta resistência a tensão, alta temperatura e alta potência, sendo a escolha ideal para a próxima geração de dispositivos eletrônicos de potência de alto desempenho. No entanto, dois grandes gargalos técnicos têm restringido a produção em massa de dispositivos de óxido de gálio: primeiro, o contato do eletrodo depende do metal precioso ouro, resultando em alto custo e baixa estabilidade térmica; segundo, a superfície áspera da epilayer é propensa a defeitos e concentração de campo elétrico, afetando a confiabilidade do dispositivo. Desta vez, a equipe de pesquisa do Laboratório Pinghu de Shenzhen resolveu simultaneamente esses dois grandes desafios da indústria.
Processo de contato ôhmico sem ouro: fabricação de eletrodos sem ouro, redução de custo em 90% e desempenho mais estável
A engenharia de contato ôhmico para óxido de gálio tem dependido por muito tempo de sistemas à base de ouro (Au), enquanto o contato ôhmico livre de ouro (Au-free) é uma tecnologia chave para alcançar a produção em massa e a autonomia industrial controlável. Embora os contatos tradicionais à base de ouro possam reduzir a resistência de contato até certo ponto, eles apresentam gargalos críticos como difusão em alta temperatura, baixa estabilidade térmica, alto custo e incompatibilidade de processo, restringindo diretamente o desempenho do dispositivo e a viabilidade da produção em massa.
Ao utilizar um empilhamento multicamadas de metais não preciosos e engenharia de interface para obter o contato ôhmico, foi alcançado com sucesso um desempenho excelente com resistividade de contato específica de 8E-7 Ωcm² (inferior a 1E-6 Ω·cm² do processo com ouro de especificação similar). Em comparação com o processo tradicional à base de ouro, o novo esquema não apenas evita gargalos e pontos problemáticos do processo, mas também pode reduzir o custo do material do eletrodo em mais de 90%.
Processo de planarização de superfície de óxido de gálio: transformando "lixa áspera" em "espelho em nível atômico"
A rugosidade da superfície é um parâmetro importante para avaliar a qualidade do substrato monocristalino de óxido de gálio e da homoepitaxia. Devido ao efeito de herança morfológica significativo no crescimento epitaxial do óxido de gálio, as irregularidades da superfície do substrato são transferidas diretamente para a camada epitaxial, amplificando ainda mais os defeitos superficiais. Uma superfície áspera gera um grande número de ligações pendentes na rede e defeitos de interface, aumentando a densidade de estados de interface. Além disso, as microprotuberâncias na superfície podem causar concentração local de campo elétrico, induzindo a quebra prematura do dispositivo. Para enfrentar esse desafio, a equipe de pesquisa desenvolveu um novo processo de planarização de superfície, reduzindo a rugosidade quadrática média (RMS) da superfície da epilayer para 0,107 nm, uma redução de mais de 6 vezes em comparação com a rugosidade inicial, alcançando um nivelamento em nível atômico, melhorando significativamente a estabilidade do dispositivo e o desempenho de resistência a tensão.
O avanço nesses dois processos principais desobstrui diretamente o elo crítico do óxido de gálio, do material ao dispositivo, melhorando significativamente o desempenho e a confiabilidade do dispositivo. Isso estabelece uma base sólida para sua aplicação em larga escala em campos de eletrônica de potência de alta potência, como novas energias, transporte ferroviário e redes inteligentes, consolidando ainda mais a vantagem de inovação autônoma da China no campo de semicondutores de banda proibida ultra larga. No futuro, com a iteração contínua da tecnologia sem ouro e da tecnologia de superfície ultraplana, o óxido de gálio estará mais próximo da comercialização em larga escala, com potencial para entrar mais rapidamente em aplicações industriais e de consumo, impulsionando a liderança global da indústria de semicondutores de quarta geração da China.
Vale destacar que o Laboratório Pinghu de Shenzhen tem recebido boas notícias com frequência. A plataforma de teste de semicondutores de potência compostos, construída em conjunto pelo laboratório e pela Shenzhen Pengjin High-Tech Co., Ltd., foi anteriormente aprovada como a plataforma de teste de semicondutores e circuitos integrados (semicondutores de potência compostos) da província de Guangdong. Este ano, também obteve sucessivamente a base de teste piloto e intermediário de semicondutores de potência compostos de Shenzhen e a plataforma de teste piloto de cultivo chave do Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação. Essas duas importantes certificações representam uma atualização escalonada, do suporte municipal, passando pelo planejamento provincial, até o cultivo nacional.
O Laboratório Pinghu de Shenzhen é a plataforma abrangente de Shenzhen do Centro Nacional de Inovação Tecnológica de Semicondutores de Terceira Geração e a plataforma de teste de semicondutores e circuitos integrados (semicondutores de potência compostos) da província de Guangdong, estabelecido pelo Departamento de Inovação em Ciência e Tecnologia de Shenzhen. Ele realiza pesquisas em tecnologias centrais nas áreas de pesquisa de materiais e dispositivos de potência eletrônica avançados de SiC, GaN e próxima geração, equipamentos principais e componentes, e serviços de validação de materiais de suporte.
Já foi construído um parque industrial moderno e totalmente funcional, localizado no Parque de Ciência e Tecnologia Luoshan, distrito de Longgang, Shenzhen, cobrindo uma área de 130 mu (cerca de 8,67 hectares). Possui infraestrutura líder do setor para pesquisa e produção de semicondutores de potência de banda proibida larga, com mais de 380 conjuntos de equipamentos avançados nacionais e internacionais, e uma área de sala limpa classe 100 de 9.500 metros quadrados.
O laboratório reúne os melhores talentos de pesquisa e engenheiros experientes do mundo, criando um centro de pesquisa, centro de teste piloto e centro de análise e teste aberto, público e compartilhado para todo o país. Dedicado a superar problemas comuns e tecnologias-chave na cadeia da indústria de semicondutores de terceira geração, impulsionando continuamente a inovação, desobstruindo a cadeia industrial de semicondutores de terceira geração, gerando resultados de inovação de classe mundial na próxima geração de semicondutores, cultivando talentos de classe mundial e formando um ecossistema com parceiros para construir juntos um futuro sustentável.
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