氧化镓器件介绍与仿真

本推文主要介Ga2O3器件，氧化镓和氮化镓器件类似，都难以通过离子注入扩散形成像硅和碳化硅的一些阱结构，并且由于氧化镓能带结构的价带无法有效进行空穴传导，因此难以制作P型半导体。学习氧化镓仿真初期，建议先学习氧化镓的二极管和简单的场效应管的仿真，后面可以学习尝试以复现论文结果的方式完成氧化镓器件的仿真学习。

PART 01

Ga2O3二极管

氧化镓材料简介

近来，氧化镓（Ga2O3 ）作为一种“超宽禁带半导体”材料，得到了广泛关注。超宽禁带半导体也属于“第四代半导体”，与第三代半导体碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）相比，氧化镓的禁带宽度达到了4.9eV，高于碳化硅的3.3eV和氮化镓的3.4eV，更宽的禁带宽度意味着电子需要更多的能量从价带跃迁到导带，因此氧化镓具有耐高压、耐高温、大功率、抗辐照等特性。并且，在同等规格下，宽禁带材料可以制造面积更小、功率密度更高的器件，节省配套散热和晶圆面积，进一步降低成本。氧化镓有5种同素异形体，分别为α、β、γ、ε和δ，其中β-Ga2O3（β相氧化镓）最为稳定，高击穿场强、高Baliga值，是高压高功率器件不可替代的材料，下表将Ga2O3与其他材料参数进行了比较。

氧化镓二极管结构

氧化镓二极管仿真结果

阳极阴极区N+都是欧姆接触，利用MIS（Metal Insulator Semiconductor，金属绝缘体半导体）结构确保器件的阻断能力，如下图所示。下面是该氧化镓Fin Channel二极管仿真……。在进行Sdevice仿真前，首先在工程所在文件夹内创建Al2O3的datexcodes.txt文件，并在Parameter文件中加入氧化铝和氧化镓的参数文件。在进行正向仿真时，在阳极扫描电压至3V，并把阳极设置成欧姆接触（Ohmic Contact）和肖特基接触（Schottky Contact），可以得到不同的正向导通曲线，如下图所示。

Ga2O3二极管正向特性

PART 02

Ga2O3 MOSFET

Ga2O3 MOSFET结构图

Ga2O3 MOSFET仿真结果

Ga2O3和Al2O3材料参数文件（仿真必备）

Ga2O3 MOSFET转移特性

Ga2O3 MOSFET击穿特性

在进行论文复现的时候，要保证器件的结构尺寸和浓度等一致，同时保证参数文件的数值设置相同，并加入必需的物理模型，已经提升收敛性的算法和求解方式，会发现其实宽禁带器件的仿真并不是很难。