氧化鎵器件介紹與仿真

本推文主要介Ga2O3器件，氧化鎵和氮化鎵器件類似，都難以通過離子注入擴散形成像硅和碳化硅的一些阱結(jié)構(gòu)，并且由于氧化鎵能帶結(jié)構(gòu)的價帶無法有效進行空穴傳導(dǎo)，因此難以制作P型半導(dǎo)體。學習氧化鎵仿真初期，建議先學習氧化鎵的二極管和簡單的場效應(yīng)管的仿真，后面可以學習嘗試以復(fù)現(xiàn)論文結(jié)果的方式完成氧化鎵器件的仿真學習。

PART 01

Ga2O3二極管

氧化鎵材料簡介

近來，氧化鎵（Ga2O3 ）作為一種“超寬禁帶半導(dǎo)體”材料，得到了廣泛關(guān)注。超寬禁帶半導(dǎo)體也屬于“第四代半導(dǎo)體”，與第三代半導(dǎo)體碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）相比，氧化鎵的禁帶寬度達到了4.9eV，高于碳化硅的3.3eV和氮化鎵的3.4eV，更寬的禁帶寬度意味著電子需要更多的能量從價帶躍遷到導(dǎo)帶，因此氧化鎵具有耐高壓、耐高溫、大功率、抗輻照等特性。并且，在同等規(guī)格下，寬禁帶材料可以制造面積更小、功率密度更高的器件，節(jié)省配套散熱和晶圓面積，進一步降低成本。氧化鎵有5種同素異形體，分別為α、β、γ、ε和δ，其中β-Ga2O3（β相氧化鎵）最為穩(wěn)定，高擊穿場強、高Baliga值，是高壓高功率器件不可替代的材料，下表將Ga2O3與其他材料參數(shù)進行了比較。

氧化鎵二極管結(jié)構(gòu)

氧化鎵二極管仿真結(jié)果

陽極陰極區(qū)N+都是歐姆接觸，利用MIS（Metal Insulator Semiconductor，金屬絕緣體半導(dǎo)體）結(jié)構(gòu)確保器件的阻斷能力，如下圖所示。下面是該氧化鎵Fin Channel二極管仿真……。在進行Sdevice仿真前，首先在工程所在文件夾內(nèi)創(chuàng)建Al2O3的datexcodes.txt文件，并在Parameter文件中加入氧化鋁和氧化鎵的參數(shù)文件。在進行正向仿真時，在陽極掃描電壓至3V，并把陽極設(shè)置成歐姆接觸（Ohmic Contact）和肖特基接觸（Schottky Contact），可以得到不同的正向?qū)ㄇ€，如下圖所示。

Ga2O3二極管正向特性

PART 02

Ga2O3 MOSFET

Ga2O3 MOSFET結(jié)構(gòu)圖

Ga2O3 MOSFET仿真結(jié)果

Ga2O3和Al2O3材料參數(shù)文件（仿真必備）

Ga2O3 MOSFET轉(zhuǎn)移特性

Ga2O3 MOSFET擊穿特性

在進行論文復(fù)現(xiàn)的時候，要保證器件的結(jié)構(gòu)尺寸和濃度等一致，同時保證參數(shù)文件的數(shù)值設(shè)置相同，并加入必需的物理模型，已經(jīng)提升收斂性的算法和求解方式，會發(fā)現(xiàn)其實寬禁帶器件的仿真并不是很難。