FLOSFIA 和 JSR开发可量产的新型铱基薄膜沉积材料

2023 年 3 月 15 日，FLOSFIA和 JSR Corporation 宣布共同开发了一种新型铱基薄膜沉积材料，作为大规模生产氧化铱镓(alpha-(IrGa)2O3)的解决方案。这是 FLOSFIA 开发的世界上第一个与刚玉型氧化镓 (alpha-Ga2O3) 结合使用的 P 型功率半导体。这种材料的使用允许在工业应用中进行大规模生产，并表现出 P 型特性，这是氧化铱镓最重要的特性。

在氧化铱镓的工业应用中，量产过程中存在以下三个问题：

① 已知的铱源乙酰丙酮铱（Ir(acac)3）难溶于水，晶体生长速度慢，不足氧化镓的1/10，导致产能不足。

②晶体生长时覆盖性差，难以在沟槽内部形成均匀的薄膜。

③由于沟槽内部填充效率低，一次成膜需要大量的铱基成膜材料。

鉴于铱元素从未作为半导体大量生产，并且可用的原材料有限，因此有必要开发一种全新的铱基成膜材料。新开发的材料实现了比传统材料高出10倍以上的高速晶体生长速率，提高了沟槽内的覆盖率，如图1所示，并减少了铱基薄膜沉积材料的使用。 因此，氧化铱镓作为新型 P 型半导体在器件中量产应用的可能性大大增加，为实现 FLOSFIA 的 SEMI ecologyTM 目标取得了重大进展。

与氧化镓结合使用的氧化铱镓已在 JBS 结构中成功展示。氧化铱镓是一种超宽带隙半导体，具有约 5 eV 的极大带隙和 1 x 10¹⁹ cm-3 的高空穴浓度，预计其适用于假定高电场的广泛器件设计。这为大规模生产提供了一种解决方案，可以尽早应用于各种功率转换器，包括在 100 kHz 以下频率范围内使用的逆变器。

FLOSFIA和 JSR的研究目标是将氧化铱镓应用于应该嵌入沟槽结构中的 JBS 结构，如图2所示。在部分氧化镓 n 层中制作沟槽结构后，研究团队嵌入了氧化铱镓。这次，研究团队使用 FLOSFIA 专有的 MIST DRYTM 方法进行晶体生长，使用共同开发的新型铱基成膜材料作为溶液中的铱源。通过使用这种新材料，确认增长率比传统材料高出 10 倍以上。 通过SEM对该沟槽结构进行截面观察，证实氧化铱镓膜厚分布均匀，成膜覆盖性好，如图3所示。

基于该研究成果的JBS结构将从FLOSFIA的GaOTM系列刚玉型氧化镓（α-Ga2O3）功率器件的第二代二极管开始应用。 除了在100 kHz以下频率范围内使用的逆变器和其他广泛的功率转换器之外，氧化铱镓将应用于MOSFET和IGBT等晶体管。电源转换器的例子包括商用电源，如交流适配器、机器人驱动电路、电动汽车、白色家电，如空调和冰箱，以及太阳能电池电源调节器。 GaOTM功率器件的采用将挑战整个功率转换器的小型化和成本降低的限制。根据设备类型的不同，例如功率转换器的小型化程度可达到数倍的1/10，预计成本降低将达到整个功率转换器的50%。