【摘 要】
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功率二极管是半导体开关器件中的基础元器件,广泛应用于电力转换、家用电器、汽车电子等领域。硅基传统器件性能逐渐逼近理论极限,以第三代半导体氮化镓（Ga N）为代表的宽禁带材料器件逐渐产业化,展现了宽禁带半导体在大功率、低功耗方面的巨大潜力。近年来,以氧化镓（Ga2O3）为代表的超宽禁带半导体具有更高的临界击穿电场、更低的导通损耗以及数倍于Ga N材料的Baliga功率优值,成为功率器件研究的热点。G
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功率二极管是半导体开关器件中的基础元器件,广泛应用于电力转换、家用电器、汽车电子等领域。硅基传统器件性能逐渐逼近理论极限,以第三代半导体氮化镓（Ga N）为代表的宽禁带材料器件逐渐产业化,展现了宽禁带半导体在大功率、低功耗方面的巨大潜力。近年来,以氧化镓（Ga2O3）为代表的超宽禁带半导体具有更高的临界击穿电场、更低的导通损耗以及数倍于Ga N材料的Baliga功率优值,成为功率器件研究的热点。Ga2O3基器件的研究才刚刚起步,诸多器件物理模型不完善,材料及器件性能优势还未充分发挥。由此,本论文重点围绕Ga2O3基垂直结构功率二极管的仿真、流片验证及电学特性测试等方面开展,主要工作内容包括:（1）Ga2O3基功率二极管的仿真研究。主要完成了Ga2O3基二极管的仿真工作,从仿真角度初步验证Ga2O3基二极管器件在高耐压、低功耗等方面的优越性能。仿真结果显示,器件最大电场达到了Ga2O3材料8 MV/cm的理论击穿电场;仿真研究了漂移区厚度、掺杂浓度对Ga2O3基垂直结构功率二极管性能的影响,得出了最佳的漂移区掺杂浓度为3×1016cm-3,漂移区厚度为5-6μm。（2）流片制备与测试分析Ga2O3基功率二极管器件。根据仿真优化结果,制备了肖特基势垒二极管（SBD）、异质结二极管（HJD）和混合Pi N/肖特基结二极管（MPS）器件,器件导通电阻分别为2.77 mΩ·cm~2、3.39 mΩ·cm~2和5.13 mΩ·cm~2,计算得出对应的Baliga优值为132.31 MW/cm~2、256 MW/cm~2和83.22 MW/cm~2。其中SBD器件理想因子达到了1.07,HJD器件击穿电压达到了456 V,MPS器件在温度测试中导通电阻稳定在5.2 mΩ·cm~2左右,表现出良好的温度特性。（3）Ga2O3基HJD器件的工艺研究。采用磁控溅射工艺制备了含有100 nm Ni O厚度的Ga2O3基HJD器件,对比分析了Ni O制备工艺对器件性能的影响。器件导通电阻为8.78 mΩ·cm~2,击穿电压达到了394 V,Baliga优值为70.7 MW/cm~2。尤其,反向击穿测试发现雪崩击穿现象;器件在200 V反向偏压下,反向漏电流低于10-10A。通过对比研究得出,采用氧化方法制备Ni O对应的HJD器件性能表现更好,而采用磁控溅射方法制备Ni O对应的HJD器件反向电流抑制能力更好。
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