题目：氧化镓 vs 热: 各向异性，热稳定性与散热

报告人：菲利普-古兹曼 博士

时间：2022年12月7日（周三） 17:00 （北京时间）

主持人：袁超 研究员

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主讲人简介：

菲利普·古兹曼，斯洛伐克科学院(IEE)电气工程研究所研究员。2011年进入IEE攻读微电子学博士学位，并于2015年凭借主题为GaAs基MOS结构的论文获得学位。此后，他加入了由J.Kuzmík博士领导的IEE III-N研究组，致力于III-N基(MOS)HEMTs的制备和表征。基于前期工作经验，他加入了英国布里斯托大学器件热成像和可靠性中心，在M.Kuball教授的研究小组中致力于III-N半导体材料和器件的光学表征以及高功率和高频GaN器件测温技术（拉曼热成像、红外成像、热反射、扫描热显微镜）。2019年，他回到了IEE，主要从事于宽禁带和超宽禁带材料和器件研究。 目前，古兹曼博士和武汉大学工业科学研究院袁超博士在研一个关于Ga2O3技术的国家合作项目。另外，古兹曼博士是IEE SAS科学委员会的副主席。

摘要:

不同相结构的氧化镓(Ga₂O₃)因其具有超宽带隙（约4.9 - 5.2 eV）而拥有极高临界场强（约8 MV/cm），这让Ga₂O₃在高功率、高频和高压电子器件上显示出巨大应用潜力。这种材料特性不仅覆盖了目前GaN和SiC的技术领域，还在直流电网、电力运输和国防等方面具有新的应用。相比于GaN和SiC，单斜β-Ga₂O₃还具有额外的优势：它可以通过提拉法、布里奇曼生长法、浮区法或导模法等成熟的熔融体生长技术来合成廉价的大块单晶。然而，β-Ga₂O₃较低的各项异性热导率(11 - 27 W/mK)会使器件发热而产生应用瓶颈。因为器件在高温工作时，会导致其快速退化或者产生更低的耗散功率密度，这就会限制Ga₂O₃材料的潜在应用。另一个与热相关的问题则是Ga₂O₃的非β相结构会在高温下发生相变而形成更稳定的β相。

本报告将主要讨论一些关于Ga₂O₃器件的热管理方法。根据β-Ga₂O₃的热导率具有各项异性的特点，选取热导率最高的[010]晶向（约为27 W/mK）用于提升器件散热。我们采用液相注入金属有机化学气相沉积法（Li-MOCVD），用两步生长法在M面蓝宝石衬底上制备的α-Ga₂O₃模板上生长 (010)取向的β-Ga₂O₃。并且实现了在4H-SiC衬底上采用Li-MOCVD来生长β-和ε/κ- Ga₂O₃。高热导率(约370W/mk)的SiC衬底能够为散热性能带来更大的提升，具有极大的工业应用前景。最后，我们用X射线衍射法在蓝宝石衬底上研究了Li-MOCVD外延生长α、β和ε/κ- Ga₂O₃的热稳定性。