近日，南边科技年夜学深港微电子学院传授在洪宇课题组及助理传授李携曦课题组于宽禁带半导体功率器件范畴取患上系列进展，特点研究结果包括高机能Ga2O3功率二极管束备要领、基在GaNHEMT器件的含碳颗粒物传感器、具备片上光电探测器的GaN基白光发光二极管、非接触式外貌粗拙度丈量器件及高机能GaN条形发光二极管。相干结果别离发表在国际微电子器件期刊IEEE Transactions on Electron Devices及传感器期刊Sensors and Actuators: B Chemical上。

高机能Ga2O3功率二极管束备要领

跟着新能源汽车、高铁以和一些极度情况下运用的需求增长，对于应相干范畴电力体系的高压高功率、抗辐射耐高温的高机能半导体电子器件愈来愈遭到存眷。氧化镓（β-Ga2O3）具备超宽禁带宽度（~4.9 eV）、高击穿电场（～8 MV/cm）、高的热不变性及化学不变性等特色，而且可以经由过程经济高效的熔体法制备技能举行单晶生长，具备年夜范围低成本制造的潜力，被认为是将来支撑能源、信息、交通、制造等范畴快速成长的新一代半导体质料。此中，二极整流管是表现Ga2O3上风的一个主要运用，在洪宇团队经由过程于Ga2O3二极管的肖特基界面插入一层铝反映层，晋升了器件金属半导体界面的质量，取患了超低的亚阈值摆幅，降低了泄电，改善了器件的均一性及良率。

图1：Ga2O3功率二极管界面TEM图、EDS元素阐发和其电学测试成果

相干结果以“Improvement of β-Ga2O3 MIS-SBD Interface Using Al-Reacted Interfacial Layer”为题发表在IEEE Transactions on Electron Devices，南科年夜微电子学院博士研究生何明浩为第一作者，该事情获得了广东省科学技能厅及深圳科技立异委员会的项目撑持。

基在AlGaN/GaN HEMT器件的柴油策动机含碳燃烧颗粒物传感器

于内燃机中，碳氢燃料的燃烧会孕育发生固体含碳颗粒物，造成年夜气污染，严峻者会致使心肺和其他相干康健问题。在洪宇传授团队基在AlGaN/GaN HEMT器件开发了用在探测废气中污染微颗粒的PM传感器，传感器外貌颗粒物接收速度到达0.25 μg/min，于20秒后获得5.52%的相应以和4.44 mA的年夜旌旗灯号颠簸，实现了快速相应时间，解决了传统程度插指电极（IDE）碳颗粒物传感器中遍及存于的死区时间问题。器件响应旌旗灯号于颗粒物沉积10分钟后到达34.72%（27.94 mA）的峰值，而且于600 °C的空气情况中热再生后可以或许依旧运行。

相干结果以“Application of a gateless AlGaN/GaN HEMT sensor for diesel soot particulate detection”为题发表于Sensors and Actuators: B Chemical，南科年夜深港微电子学院研究助理传授Robert Sokolovskij为第一作者，本事情获得了广东省科学技能厅及深圳科技立异委员会的项目撑持。

图2：PM传感器（a）器件横截面与（b）顶视示用意

图3：（a）无栅传感器输出曲线随颗粒物沉积时间变化；（b）及（c）为20秒沉积时间后的传感器外貌SEM图；（e）PM沉积后及（f）600 °C热再生后的器件图。

具备片上光电探测器的GaN基白光发光二极管

李携曦课题组提出于GaN基外延芯片上集成光源及微型光电探测器，以监测发光强度变化，并经由过程笼罩荧光粉实现白光照明。经由过程理论仿真模仿，探究了探测器位置与探测效率的瓜葛，并经由过程试验验证了模仿成果的正确性。与位在边沿的探测器比拟，位在中央位置的设计可以实现58%的光强检测效率晋升。研究还有发明，片上探测器的探测能力与传统的外部光电探测器相称，其相应时间小在1μs。相干结果以“Phosphor-Based InGaN/GaN White Light-Emitting Diodes With Monolithically Integrated Photodetectors”为题发表在IEEE Transactions on Electron Devices。论文第一作者为南科年夜深港微电子学院2021级博士生尹嘉豪。

图4：器件道理示用意

非接触式外貌粗拙度丈量器件

李携曦课题组研究陈诉了用在外貌粗拙度丈量的微型GaN器件的制造及表征。经由过程晶圆级工艺制造的单片GaN器件可提供发光及光电检测功效，丈量光波颠末差别粗拙度界面反射后的强度变化，从而可以或许检测到0.025μm到1.6μm的平均外貌粗拙度规模。研究职员将传感机能与光纤计量举行比力，证实了实在时监测运动外貌粗拙度的能力。本器件具备非接触、非粉碎性、布局紧凑、操作简朴、原位丈量能力等长处，对于现实及工业外貌计量运用具备主要价值。

相干结果以“A Miniature GaN Chip for Surface Roughness Measurement”为题发表在IEEE Transactions on Electron Devices。论文第一作者为深港微电子学院2021级博士生尹嘉豪。

图5：（a）于平滑及粗拙样品上丈量的器件侧视光学图象；（b）于高及低外貌粗拙度下发生的光散射示用意。

高机能GaN条形发光二极管

李携曦课题组提出了一种尺寸为7500μm×300 μm的GaN条形发光二极管(LED)。经由过程优化的电极设计，电流可以匀称地注入颀长的芯片中，实现匀称的光漫衍，无需利用外部光学元件。与传统的方形LED比拟，条形LED的出光功率于400mA及1000mA的驱动电流下别离晋升了29.3%及57.9%。经由过程用黄色荧光粉薄膜笼罩芯片，也能够证实白光发射。条形LED具备降低发光强度密度、匀称照明及提高光输出的长处，不仅合用在各类照明运用，还有可以用作显示屏的违光单位。相干结果以“High-Performance III-Nitride Light-Emitting Diode Stripes”为题发表于IEEE Transactions on Electron Devices。论文配合第一作者为南科年夜拜候硕士生金浩天及博士生陈亮。

图6：（a）传统方形LED及（b）本研究提出的条形LED的光学图象。

以上五篇文章，南科年夜均是论文第一单元。

论文链接：

一、https://ieeexplore.ieee.org/document/9444549

二、https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400521013794?via%3Dihub

三、https://ieeexplore.ieee.org/document/9263328

四、https://ieeexplore.ieee.org/document/9521571

五、https://ieeexplore.ieee.org/document/9528852