提取效率

宽带隙器件特刊社论：设计、制造和应用

新兴的宽带隙 (WBG) 半导体有望推动全球产业发展，就如同 50 多年前硅 (Si) 芯片的发明推动了现代计算机时代的到来一样。基于 SiC 和 GaN 的器件正开始变得更加商业化。与同类的基于 Si 的元件相比，这些 WBG 器件更小、更快、更高效，在更严苛的操作条件下也能提供更高的可靠性。此外，在此框架下，一种新型微电子级半导体材料被创造出来，其带隙甚至比之前建立的宽带隙半导体（如 GaN 和 SiC）还要大，因此被称为“超宽带隙”材料。这些材料包括 AlGaN、AlN、金刚石和 BN 氧化物基材料，它们在理论上具有更优越的性能，包括更高的临界击穿场、更高的工作温度和潜在的更高辐射耐受性。这些特性反过来又使得革命性的新器件可用于极端环境成为可能，例如高效功率晶体管（因为巴利加品质因数有所提高）、超高压脉冲功率开关、高效 UV-LED、激光二极管和 RF 电子设备。本期特刊发表了 20 篇论文，重点关注基于宽带隙的器件：设计、制造和应用。三篇论文 [1-3] 涉及未来 5G 应用和其他高速高功率应用的 RF 功率电子设备。其中九篇论文 [4-12] 探讨了宽带隙高功率器件的各种设计。其余论文涵盖了基于宽带隙的各种应用，如用于提高 GaN 基光子发射器光子提取效率的 ZnO 纳米棒 [13]、InGaZnO 薄膜晶体管 [14]、宽带隙 WO3 薄膜 [15]、银纳米环 [16、17] 和 InGaN 激光二极管 [18-20]。特别是在 RF GaN 器件方面，Kuchta 等人 [1] 提出了一种基于 GaN 的功率放大器设计，该设计降低了透射率畸变。Lee 等人 [2] 展示了一种用于 2.5 至 6 GHz 干扰系统的紧凑型 20 W GaN 内部匹配功率放大器，它使用高介电常数基板、单层电容器和分流/串联电阻器实现低 Q 匹配和低频稳定。 Lin 等人 [3] 通过集成厚铜金属化层实现了 Ka 波段 8.2 W/mm 的高输出功率密度。关于 GaN 功率器件，Wu 等人 [4] 研究了一种双 AlGaN 势垒设计以实现增强模式特性。Ma 等人 [5] 介绍了一种使用 GaN 的数字控制 2 kVA 三相分流 APF 系统。Tajalli 等人 [6] 通过进行缓冲分解研究了 GaN-on-Si 外延结构中垂直漏电和击穿的起源。可以确定每个缓冲层与垂直漏电和击穿电压相关的贡献。Sun 等人 [7] 研究了 GaN-on-Si 外延结构中垂直漏电和击穿电压的分布。[7] 提出了一种利用 TCAD 实现常关型 GaN HEMT 的新方法。该概念基于将栅极沟道方向从长水平方向转置为短垂直方向。Mao 等 [8] 在 IGBT 的集电极侧引入了一部分 p-polySi/p-SiC 异质结，以在不牺牲器件其他特性的情况下降低关断损耗。Kim 等 [9] 实现了 SiC 微加热器芯片作为下一代功率模块的新型热评估设备，并评估了其耐热性能。