硅基化合物功率器件的設計與集成應用是電力電子領域的重要研究方向之一。在高功率、高頻率和高溫環(huán)境下，具有較高的效率和性能等優(yōu)勢。 

4月27-28日，“2024功率半導體器件與集成電路會議（CSPSD 2024）”在成都召開。本次會議在電子科技大學和第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟指導下，由電子薄膜與集成器件國家重點實驗室、電子科技大學集成電路研究中心、成都信息工程大學、極智半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、第三代半導體產(chǎn)業(yè)、中國電源學會元器件專業(yè)委員會共同主辦。會議除開幕大會，還設置了兩大平行論壇。其中“硅基、化合物功率器件設計及集成應用”平行論壇上，實力派嘉賓代表們深入研討，分享相關技術最新研究成果，探討發(fā)展趨勢與前沿，觀點交互，碰撞激發(fā)新的思路，共同促進產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展。電子科技大學教授周琦，西安電子科技大學教授周弘，氮矽半導體總經(jīng)理羅鵬，萊普科技副總經(jīng)理潘嶺峰，重慶郵電大學教授黃義，電子科技大學教授明鑫共同主持了該分論壇。

海思半導體功率半導體器件部技術專家包琦龍

《ICT場景下中低壓(<200V) GaN器件應用挑戰(zhàn)》

在ICT領域，中低壓 GaN 器件可應用于光伏優(yōu)化器，二次電源，三次電源等應用場景。相較于Si MOS器件，可獲得更小的開關損耗和驅動損耗以及高頻開關速度。但截止目前，中低壓GaN依然未在市場上大批量應用，針對器件FOM優(yōu)值的提升、可靠性的研究、封裝的改進、應用風險的指導仍存在提升空間。海思半導體功率半導體器件部技術專家包琦龍做了“ ICT場景下中低壓(<200V) GaN器件應用挑戰(zhàn)”的主題報告，從器件性能、可靠性、應用等角度展開探討，總結中低壓GaN器件當前的應用挑戰(zhàn)，激發(fā)同行領域的共同思考，推動GaN的規(guī)模應用。

成都氮矽科技有限公司資深GaN器件總監(jiān)劉勇

《PGaN增強型GaN功率器件設計與仿真技術》

成都氮矽科技有限公司資深GaN器件總監(jiān)劉勇做了“PGaN增強型GaN功率器件設計與仿真技術”的主題報告，介紹PGaN增強型GaN功率器件設計與仿真技術。其中器件設計部分主要包括襯底選擇、外延設計、器件結構設計、版圖設計、工藝選擇、器件迭代與優(yōu)化、器件trade-off考慮、合封與新型器件結構展望等內容，介紹器件各方面設計的原則和不同技術對器件特性的影響。仿真技術部分簡單介紹仿真模型、靜態(tài)特性仿真和動態(tài)特性仿真，簡要介紹器件仿真的原則和仿真結果評價。

 

廣東工業(yè)大學教授張紫輝

《GaN功率半導體器件仿真建模與制備研究》

半導體仿真技術是基于TCAD有限元的一種半導體器件分析方法，通過求解泊松方程、薛定諤方程等與半導體內載流子輸運與復合的物理方程，研究半導體器件的電流-電壓等特性，可視化半導體內部的能帶分布、電場/電勢分布等表征半導體器件的關鍵參數(shù)，即依托計算平臺，通過建立數(shù)理模型，對半導體器件進行“外延生長”、“器件制備”、”器件表征及分析”。廣東工業(yè)大學教授張紫輝做了“GaN功率半導體器件仿真建模與制備研究”的主題報告。對GaN功率半導體器件開展詳細討論，詳細闡述半導體器件仿真技術在GaN功率半導體器件設計和制備過程中的關鍵作用，同時深入探討影響半導體器件性能指標的關鍵因素，并開發(fā)出GaN功率半導體材料與器件相關的數(shù)理模型，助力半導體制造領域的發(fā)展。

 

中國科學院微電子所研究員蔣其夢

《氮化鎵功率器件開關安全工作區(qū)的研究》

硅基氮化鎵橫向功率器件，作為下一代高密度電力系統(tǒng)的主流器件之一，已經(jīng)在電子消費產(chǎn)品中得到大規(guī)模應用。然而由于氮化鎵功率器件有限的電氣可靠性，特別是在硬開關工作環(huán)境中的動態(tài)電阻退化效應，阻礙了其在ICT電源等大功率領域中的大規(guī)模應用。中國科學院微電子所研究員蔣其夢做了“氮化鎵功率器件開關安全工作區(qū)的研究”的主題報告。報告顯示，其研究提出了動態(tài)安全工作區(qū)的測試方法和壽命提取。搭建了硬、軟開關模式自動切換的測試平臺。研究了各種工作模式下的動態(tài)電阻特性。詳細討論并聯(lián)GaN器件的動態(tài)安全工作區(qū)。報告認為從可靠性的角度來看，GaN器件并聯(lián)的使用壽命也很重要,與單器件配置相比，并聯(lián)是延長還是縮短開關壽命值得探討。

 

北京工業(yè)大學副教授張亞民

《氮化鎵異質界面溫升表征方法》

北京工業(yè)大學副教授張亞民做了“氮化鎵異質界面溫升表征方法”的主題報告，其研究針對異質材料中界面熱阻的測量問題，提出了一種基于瞬態(tài)溫升采集和熱阻構成分析技術的界面熱阻測量方法；設計、制備了與測量方法相匹配的具備獨立溫度傳感器與微加熱器結構的一體化熱阻測試芯片； 基于一體化熱特性測試芯片，搭建一套界面熱阻測量系統(tǒng)，并對測量樣品進行刻蝕，保證了熱量的一維傳輸，提高界面熱阻占比，成功實現(xiàn)了GaN on Si樣品中界面熱阻的測量，為界面熱阻的測量提供一種更便捷的表征方法。

電子科技大學研究員魏杰

《高速低損耗SOI LIGBT新結構與機理研究》

電子科技大學研究員魏杰做了“高速低損耗SOI LIGBT新結構與機理研究”的主題報告。低導通壓降Von和低關斷損耗Eoff之間的矛盾關系是IGBT器件優(yōu)化設計的主要指標之一。報告介紹了多種高速低損耗LIGBT新器件結構，包括：陽極端具有多晶硅電阻場板和具有自適應PMOS結構的兩種LIGBT新結構，二者通過調控陽極端載流子行為，導通時消除snapback現(xiàn)象，關斷時提供電子快速抽取路徑以加速關斷并降低Eoff。新結構均獲得了更優(yōu)的Von- Eoff折中關系。

 

廣東工業(yè)大學副教授周賢達

《非晶氧化物半導體功率器件：理論極限和初步實現(xiàn)》

廣東工業(yè)大學副教授周賢達做了“非晶氧化物半導體功率器件：理論極限和初步實現(xiàn)”的主題報告，單晶材料體系下的所有寬禁帶半導體均存在兩大固有劣勢：分立器件制造成本高、集成器件與CMOS電路兼容性差。非晶氧化物半導體（AOS）的能帶結構幾乎不受原子無序排列的影響，在信息顯示領域是構建薄膜晶體管的主流材料。AOS功率器件可以在大面積襯底上制備，也可在標準CMOS電路的上方集成。研究通過實驗手段提取了AOS材料的ECR，并基于其獨特的載流子遷移率特性給出了RON, sp——BV之間的理論極限。在此基礎上，還通過實驗證實AOS功率器件可以達到“硅極限”，提出并驗證了片上三維功率集成的概念。

 

南方科技大學助理教授趙駿磊

《Ga-O原子間勢函數(shù)及其應用研究》

南方科技大學助理教授趙駿磊做了“Ga-O原子間勢函數(shù)及其應用研究”的主題報告，由于Ga-O成鍵復雜度高，缺乏準確的原子間勢函數(shù)，Ga-O-N體系以及相對更為成熟的Ga₂O₃體系的現(xiàn)有計算仿真研究均局限于針對百原子級的第一性原理計算。然而萬原子級以上的大尺度計算體系對揭示原子級動力學機理至關重要。重點介紹本團隊開發(fā)的Ga-O原子間勢函數(shù)，該勢函數(shù)適用于多相態(tài)共生體系的大尺度模擬研究，對深入探索Ga₂O₃生長調控機制、重要結構特性具有重要研究意義，也為進一步探索Ga-O-N體系提供所必須的研究基礎。

 

中國電子科技集團公司第十三研究所工程師韓仕達

《高功率氧化鎵肖特基二極管研究》

高功率氧化鎵肖特基二極管具有高開關速度、低導通電阻、高溫穩(wěn)定性、高功率密度、低漏電流和快速開發(fā)周期等諸多優(yōu)點，在高頻、高功率密度和高溫度的功率電子應用中具有廣泛的應用前景。中國電子科技集團公司第十三研究所工程師韓仕達做了“高功率氧化鎵肖特基二極管研究”的主題報告,分享了最新研究成果。

上海大學副教授任開琳

《一種新型氮化鎵基發(fā)光高電子遷移率晶體管：面向高分辨率顯示與高速光通信》

上海大學副教授任開琳做了“一種新型氮化鎵基發(fā)光高電子遷移率晶體管：面向高分辨率顯示與高速光通信”的主題報告，其研究提出并制造了一種新型的GaN基發(fā)光高電子遷移率晶體管（LE-HEMT），研究工作為顯示器陣列及其驅動器的單片集成提供了一種解決方案，以提高開關速度，使其成為高分辨率顯示器和高速可見光通信（VLC）應用的有前途的候選者。

 

哈爾濱工業(yè)大學副教授劉本建

《金剛石半導體材料及功能器件研究》

金剛石半導體材料及功能器件的研究涉及到材料制備、器件設計和性能優(yōu)化等多個方面，在電子、光電、生物醫(yī)學等領域都有著廣泛的應用前景，同時也為材料科學和器件技術的發(fā)展提供了新的可能性。哈爾濱工業(yè)大學副教授劉本建做了“金剛石半導體材料及功能器件研究”的主題報告，分享了最新研究成果。

電子科技大學博士黃磊

《金剛石半導體器件可靠性新機制》

電子科技大學黃磊博士（代替電子科技大學教授、電子科技大學長三角研究院（湖州）集成電路與系統(tǒng)中心主任徐躍杭）做了題為“金剛石半導體器件可靠性新機制”的主題報告，目前，在金剛石半導體器件中，氫終端金剛石器件的截止頻率、輸出電流和輸出功率表現(xiàn)優(yōu)異，在微波功率、電力電子領域中展現(xiàn)出較好的應用潛力。然而，氫終端金剛石器件仍面臨嚴峻的可靠性挑戰(zhàn)。報告介紹了其團隊在金剛石半導體器件可靠性機制和模型方面的進展，并進一步針對氫終端金剛石場效應晶體管輸出特性不穩(wěn)定的現(xiàn)象，提出了取向極化效應新概念，揭示了導致輸出特性不穩(wěn)定的機理。

 

南京郵電大學南通研究院執(zhí)行副院長姚佳飛

《高K介質在橫向功率器件中的應用》

南京郵電大學南通研究院執(zhí)行副院長姚佳飛做了“高K介質在橫向功率器件中的應用”的主題報告，橫向功率器件具有擊穿電壓高、電流大、易于集成等優(yōu)點，在功率集成電路中得到了廣泛的應用。擊穿電壓（BV）和比導通電阻（Ron，sp）之間的關系是LDMOS的主要矛盾。研究表明，高k電介質可以有效地緩解這一矛盾。報告分享了高k電介質在橫向功率器件中的應用相關最新研究進展。

成都海威華芯科技有限公司生產(chǎn)總監(jiān)林書勛

《新型功率半導體器件在新基建中的應用》

成都海威華芯科技有限公司生產(chǎn)總監(jiān)林書勛做了“新型功率半導體器件在新基建中的應用”的主題報告，新基建中特高壓，新能源汽車，5G基站，高速鐵路，人工智能，大數(shù)據(jù)中心等領域大量的使用了新型功率半導體器件，使以新型功率半導體為核心的系統(tǒng)具備更快的速率、更高的效率以及更低的能耗，新型功率半導體發(fā)展進入了快車道，報告從SiC、GaN材料的基本特性出發(fā)，介紹新型功率半導體器件在新基建領域應用的優(yōu)勢及難點。

 

西交利物浦大學高級副教授劉雯

《用于功率轉換系統(tǒng)的氮化鎵單片集成》 

西交利物浦大學高級副教授劉雯做了”用于功率轉換系統(tǒng)的氮化鎵單片集成“的主題報告，通過刻蝕凹槽后淀積柵介質在硅基GaN上得到的E-mode GaN MIS-HEMTs具有低漏電、高柵極電壓容限等優(yōu)點，同時D-mode器件的閾值電壓可控。基于這些優(yōu)點，可以在功率集成電路中減少保護電路，并且驅動設計更為簡單，從而實現(xiàn)更緊湊的集成電路結構。其研究通過使用MIS-HEMTs常關型和常開型器件(D-mode和E-mode)，成功在同一芯片上進行集成，實現(xiàn)了集成驅動、控制、保護模塊的All GaN功率變換電路。

 

香港科技大學助理教授孫佳慧

《肖特基型p-GaN柵HEMT的柵極抗靜電魯棒性》

香港科技大學助理教授孫佳慧做了“肖特基型p-GaN柵HEMT的柵極抗靜電魯棒性”的主題報告，在半導體器件的制造、測試、封裝、運輸和應用過程中，不可避免地會遇到靜電放電（ESD）事件，導致器件過電壓或過電流。報告聚焦于肖特基型p-GaN柵HEMT的柵極抗靜電魯棒性研究。在準靜態(tài)電流-電壓（I-V）測試中，最大反向柵電流和反向柵擊穿電壓均高于正向情況，然而正向柵極抗ESD魯棒性卻強于反向情況。研究發(fā)現(xiàn)這種矛盾是由于肖特基p-GaN柵獨有的自我保護機制引起的，報告中詳細闡述了該機制。

北京大學研究員魏進

《如何使GaN功率器件如Si MOSFET一樣簡單易用？》

北京大學研究員魏進做了“如何使GaN功率器件如Si MOSFET一樣簡單易用？”的主題報告，GaN功率器件與功率集成電路已經(jīng)進入商業(yè)化早期，逐漸在消費類市場取得應用。然而，相較于Si MOSFET，現(xiàn)有的GaN功率器件產(chǎn)品在使用上具有更高的門檻，阻礙了GaN器件的快速推廣。報告針對上述GaN功率器件易用性方面的難題，展示多種新型器件技術，證明GaN功率器件可以如Si MOSFET一樣簡單易用，從而推動其進入更廣泛的應用領域。

 

電子科技大學博士趙飛云

《基于化合物半導體異質結的高性能器件設計與制備》

       電子科技大學趙飛云博士（代替電子科技大學基礎與前沿研究院副院長巫江）做了“基于化合物半導體異質結的高性能器件設計與制備”的主題報告，報告主要圍繞新型化合物半導體光電薄膜材料設計和制造，介紹了基于新型化合物半導體薄膜在光電子器件中的研究工作進展，包括化合物半導體異質外延工藝、基于半導體低維異質結構的高性能光電探測器設計以及面向光電傳感應用的半導體激光器的設計與制造等研究工作。

湖南三安半導體有限責任公司研發(fā)經(jīng)理劉成

《應用于工業(yè)及汽車市場的GaN功率器件制造技術》

湖南三安半導體有限責任公司研發(fā)經(jīng)理劉成做了“應用于工業(yè)及汽車市場的GaN功率器件制造技術”的主題報告，涉及降本以及質量管理體系等。成本優(yōu)勢也是工業(yè)及汽車應用市場導入GaN器件設計的重要驅動力。在芯片制造環(huán)節(jié)，通過大規(guī)模生產(chǎn)制造和產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作及整合來應對成本挑戰(zhàn)。在降本的同時也不斷強化質量管理體系以保障產(chǎn)品質量的嚴格管控。

 

云鎵半導體技術總監(jiān)唐高飛

《氮化鎵功率器件與工業(yè)級應用前景》

云鎵半導體技術總監(jiān)唐高飛做了“氮化鎵功率器件與工業(yè)級應用前景”的主題報告，報告指出目前GaN功率器件在消費電子應用中已經(jīng)有了較高的市場滲透率，在工業(yè)級應用也逐漸進入，尤其是信息通信和再生能源領域。在數(shù)據(jù)中心的供電鏈路中，使用GaN器件對于效率的提升意義巨大。而在新能源領域，如微型逆變器和OBC等應用中，GaN器件結構的創(chuàng)新以及驅動集成技術的引入，將推動GaN功率器件挖掘出更大的性能與成本潛力。

 

松山湖材料實驗室工程師王方洲

《低損耗高耐壓Si基GaN雙向阻斷功率器件研究》

松山湖材料實驗室工程師王方洲做了“低損耗高耐壓Si基GaN雙向阻斷功率器件研究”的主題報告，研究提出了p-GaN/Schottky交替島漏極結構，優(yōu)化開啟電壓和反向擊穿電壓的折衷關系；提出了Schottky-MIS級聯(lián)漏極結構，優(yōu)化導通壓降和反向泄漏電流的折衷關系。通過在松山湖材料實驗室公共技術平臺進行的全流程工藝制備，獲得了低開啟電壓、低導通壓降、低反向泄漏電流、高反向擊穿電壓的高性能Si基GaN雙向阻斷功率器件。同時，面向應用需求進行了工藝整合，實現(xiàn)了整片晶圓上大柵寬雙向阻斷GaN功率器件原型的工藝制備。相關的研究成果可為低損耗高耐壓Si基GaN雙向阻斷功率器件的發(fā)展提供優(yōu)良的解決方案。

 

中國科學技術大學研究員徐光偉

《氧化鎵垂直功率半導體器件》

中國科學技術大學研究員徐光偉做了“氧化鎵垂直功率半導體器件”的主題報告，氧化鎵垂直功率半導體器件具有高功率密度、低導通電阻、高頻特性、高溫穩(wěn)定性、快速開關特性等優(yōu)點，高頻、高功率密度和高溫度的功率電子應用中具有廣闊的應用前景。隨著制造工藝的不斷改進和成熟，氧化鎵垂直功率器件的性能和可靠性得到了顯著提升。中國科學技術大學研究員徐光偉做了“氧化鎵垂直功率半導體器件”的主題報告，分享了相關研究成果與進展。

 

西安電子科技大學博士后王晨璐

《高壓大功率氧化鎵晶體管研究》

高壓大功率氧化鎵晶體管（GaN HEMT）具有許多優(yōu)異的性能特點，適用于多種高功率和高壓應用場景。西安電子科技大學博士后王晨璐做了“高壓大功率氧化鎵晶體管研究”的主題報告，分享了相關研究成果與進展。

西交利物浦大學李帆

《氫處理p-GaN柵器件開發(fā)與單片集成電路共設計流程》 視頻報告

西交利物浦大學李帆做了“氫處理p-GaN柵器件開發(fā)與單片集成電路共設計流程”的視頻主題報告，分享最新研究成果。

此外，在CSPSD2024另一個平行分論壇——“高壓器件設計、集成及封裝應用”上，同樣吸引力來自全國各地的科研及產(chǎn)業(yè)界代表們深入研討，追蹤高壓器件設計、集成及封裝應用技術發(fā)展與前沿趨勢。與會者深度參與，現(xiàn)場學習氛圍濃厚，交流探討十分熱烈。

備注：根據(jù)現(xiàn)場有限資料整理，僅供參考！如有出入，敬請諒解！