中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-026）———异质集成为氧化镓散热瓶颈提供解决方案
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工作简介
氧化镓（Ga2O3）作为超宽带隙半导体材料，具有禁带宽度更大（4.5~4.9 eV）、击穿场强更高、大尺寸低成本的优势。Ga2O3的Baliga器件优值分别是GaN和SiC的四倍和十倍，为未来功率器件的发展提供了更广阔的视野，对于大功率、高频装备，Ga2O3具有重大的战略意义和经济价值。然而Ga2O3的热导率极低（~0.27 W/cm∙K，只有硅的1/5和碳化硅的1/10），低热导率成为Ga2O3功率器件应用的最大瓶颈。
中科院上海微系统所王曦院士团队欧欣研究员课题组和西安电子科技大学郝跃院士团队韩根全教授课题组合作，利用“万能离子刀”智能剥离与转移技术，首次实现Ga2O3单晶薄膜（100 nm ~ μm）与高导热的Si和4H-SiC衬底的晶圆级异质集成，并制备出高性能器件。高质量Ga2O3薄膜的厚度不均匀性为±1.8%，通过化学机械抛光优化后薄膜的表面粗糙度达到0.4 nm以下，退火后薄膜摇摆曲线半高宽小于90 arcsec。基于异质高导热衬底结构上制备的Ga2O3 MOSFET器件开关比大于7个数量级，开态电阻为 27.3 mΩ∙cm2，开态电流为170 mA/mm，击穿电压高达800 V以上。异质集成Ga2O3 MOSFET热稳定测试表明在300 K到500 K的升温过程中开态电流和关态电流没有明显退化，相对于同质Ga2O3体衬底器件，热稳定性有显著的提升，即使在500 K的温度条件下，SiC基Ga2O3 MOSFET器件的击穿电压依然可以超过600 V。
该工作为我国在国际微电子旗舰会议IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)上发表的首篇超宽禁带半导体领域的论文，在金刚石材料掺杂技术迟迟不能突破的今天，该工作对于超宽禁带材料与功率器件领域具有里程碑式的重要意义。它为Ga2O3晶圆散热问题提供了最优解决方案，势必推动全世界高性能Ga2O3器件研究的发展；同时也为我国Ga2O3材料和器件基础研究和工程化提供优质的高导热衬底材料，推动Ga2O3在高功率器件领域的规模化应用，以期迎头赶上。
相关研究成果于2020年2月13日以“First Demonstration of Waferscale Heterogeneous Integration of Ga2O3 MOSFETs on SiC and Si Substrates by Ion-Cutting Process”为题在线发表，欧欣研究员、韩根全教授为共同通讯作者，徐文慧博士研究生、王轶博博士研究生、游天桂副研究员为共同第一作者。同时，研究成果被国际半导体业界权威刊物《Compound Semiconductors》报道。
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主要作者简介
欧欣研究员长期从事SOI制备核心技术-离子注入技术研究，并将研究成果应用于开发新型SOI-异质集成XOI等高端硅基晶圆材料及器件，为5G/6G芯片提供关键材料技术。
发表SCI论文80余篇，其中以第一/通讯作者发表在在Nat. Com.、PRL、Adv. Mater.、Nano Lett.、IEDM等，申请发明专利80余件，授权20余件，先后获得国际离子注入技术大会“青年科学家奖”、德国亥姆霍兹HZDR国家研究中心-年度研究奖、国际离子束材料改性杰出贡献奖、中国光学十大进展、北京市科学技术一等奖。同时入选国家创新人才推进计划、国家优秀青年科学基金获得者、中科院高层次人才计划（终期评估优秀）、中国科学院王宽诚率先人才计划-“新型SOI材料与器件”卢嘉锡国际创新团队带头人、中科院上海分院杰出青年科技创新人才、中科院优秀博士论文、上海市优秀学术带头人、上海市浦江人才、中国电子学会优秀科技工作者等荣誉称号。
长期从事半导体材料、器件和芯片研制方面科研和教学工作，积累了丰富的经验，取得了国际领先的研究成果。在高端CMOS器件芯片和超宽禁带Ga2O3器件方面取得多项突破性进展，包括独辟蹊径推动负电容晶体管从概念到实际器件、原始创新发明和发展高迁移率GeSn沟道晶体管、原始创新发明高导热衬底异质集成Ga2O3功率器件。在微电子器件旗舰会议IEEE International Electron Devices Meeting/IEEE Symposium on VLSI Technology和IEEE Electron Device Letters等微电子器件旗舰期刊发表论文200多篇。目前为IEEE Electron Device Letters编辑。
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原文传递
《半导体学报》简介：
《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文月刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。
2016年，JOS被ESCI收录。
2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。
“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：
《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：jos@semi.ac.cn，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。
JOSarXiv预发布平台简介：
半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。
JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！
半导体学报公众号
微信号 : JournalOfSemicond
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