近日，苏州晶湛半导体有限公司发布了新型多沟道algan/gan异质结构外延片产品，在保持高电子迁移率的同时，将载流子浓度提高了4倍以上。基于苏州晶湛提供的该新型外延材料，瑞士洛桑联邦理工学院（epfl)在多沟道高电子迁移率晶体管技术上实现了突破，同时实现了>1200v的高击穿电压以及低导通电阻，极大地提高了功率转化效率。相关成果已于近日发表于nature electronics 杂志（march 25th, 2021)
图：多沟道gan hemt结构外延片及其典型2deg分布
近年来，随着gan电力电子器件的广泛应用，大大促进了如大功率快速充电器，太阳能光伏以及新能源汽车等领域的技术创新和快速发展。为了进一步满足大功率系统中的超高转化效率的要求，需要同时实现高击穿电压以及低导通电阻。而在高电压应用下，氮化镓器件的发热/能量的损耗主要由导通电阻引起，这是电力电子器件的最大挑战。
针对这一非常具有挑战性的课题，从2017年起，苏州晶湛半导体有限公司与瑞士洛桑联邦理工学院（epfl)合作共同研发多沟道高电子迁移率晶体管技术。这项技术采用苏州晶湛半导体独特的多沟道异质结构外延片 (multi-channel algan/gan heterostructure)，通过若干个垂直集成的二维电子气(2deg)通道，在保持高电子迁移率的同时增加沟道中的载流子密度，其效果如同增加多个新的快速车道，分流高速运动的载流子，从而有效地降低了导通电阻和发热。在此新型多沟道外延片材料基础上制备的moshemt器件，采用类似鳍式场效应晶体管（finfet）的结构，独特的漏斗状栅极设计可以有效地控制多个通道且固有电容较小。基于上述技术开发的耗尽型以及增强型新型纳米线功率晶体管，实现了低至2.5ω mm以及3.2ω mm导通电阻，同时保持1300v 的击穿电压，功率品质因数高达4.6 gw cm−2（耗尽型）以及3.8 gw cm−2 （增强型）。相关研究结果发表于行业顶级期刊nature electronics，ieee electron device letters，以及国际顶级会议iedm，引起了广泛的关注。
苏州晶湛半导体有限公司创始人兼ceo，程凯博士评论道：“我们在研发的一开始采用了大尺寸si衬底生长基于氮化镓材料的多沟道异质结构，并且尝试了多种结构设计。目前优化的设计可以在厚度为130nm的4层沟道algan/gan异质结中，实现<100 ωsq-1的面电阻，>4x1013cm-2的载流子浓度（ns）以及>1,800 cm2v-1s-1的迁移率（µ）。多沟道设计可以突破单沟道器件的理论极限，进一步减少开态电阻和系统损耗，并能达到1200v系统的要求，大大提高gan器件在高压功率领域的竞争优势，在电动汽车、充电桩等高压应用领域具有很大的潜力。此外，我们已具备在si、sic、蓝宝石等多种不同衬底上外延类似多沟道异质结构的能力，这种新型多沟道异质结构器件在电力电子、通信射频等领域有非常广阔的应用空间。“