【对话前沿专家】香港科技大学黄文海教授谈氧化镓器件的突破与展望

【对话前沿专家】香港科技大学黄文海教授谈氧化镓器件的突破与展望

聚焦超宽禁带半导体新星，泰克张欣与港科大黃文海教授探讨氧化镓前沿进展

在超宽禁带半导体领域，氧化镓器件凭借其独特性能成为研究热点。我们有幸与香港科技大学电子及计算机工程教授黄文海教授，围绕氧化镓器件的研究现状、应用前景及测试测量挑战展开深入交流。

香港科技大学在氧化镓研究领域取得了显著的成果，涵盖了材料生长、器件设计、性能优化和应用开发等多个方面。通过与国际科研机构和企业的合作，港科大团队不仅推动了氧化镓技术的发展，也为相关领域的应用提供了重要的技术支持。

黄文海教授的团队主要致力于氧化镓器件全链条的研究。在材料生长方面，聚焦优化晶体生长工艺，通过改进熔体生长技术，成功提升了氧化镓晶体的质量，降低了晶体缺陷密度，为制备高性能器件提供了优质材料基础。在器件设计与制备上，黄教授的团队创新设计了多种新型器件结构，例如基于场板优化的垂直晶体管结构，有效提高了器件的击穿电压和导通性能，部分器件性能指标达到国际先进水平。这些成果为氧化镓器件在高功率、高压等应用场景的推广奠定了坚实基础。

氧化镓器件的演变与关键技术突破

张欣：在氧化镓器件的发展进程中，您认为哪些关键技术突破助力其从理论走向实际应用？这些突破具体是如何提升氧化镓器件性能的呢？

黄文海教授：氧化镓器件的发展确实离不开一些关键技术的突破。首先，高质量的材料生长技术是基础，我们通过分子束外延（MBE）等技术，能够生长出高质量的氧化镓薄膜，这对于器件的性能至关重要。其次，器件结构设计的优化也非常关键。例如，我们通过引入场板技术，有效提高了器件的耐压能力。此外，对于器件的电场管理技术，如高k介质的应用，也显著改善了器件的电学性能。

张欣：近年来，氧化镓器件在材料、结构等方面持续演进。能否请您分享一下当下在这些方面的最新发展趋势？

黄文海教授：在材料方面，我们正在探索新型的氧化镓材料，这些材料具有更高的耐压能力和更低的漏电率。在结构设计上，我们致力于开发更高效的垂直结构，以实现更高的功率密度和更好的散热性能。这些研究方向都旨在进一步提升氧化镓器件的性能，以满足不同应用场景的需求。

氧化镓器件的应用展望

张欣：在诸多应用领域中，您认为未来氧化镓器件在哪些方面最具发展潜力？原因是什么？

黄文海教授：我认为氧化镓器件在电力电子、紫外探测和传感器等领域具有巨大的发展潜力。在电力电子领域，氧化镓器件的高耐压和低功耗特性使其成为理想的电力转换器件，能够显著提高电力系统的效率和可靠性。在紫外探测方面，氧化镓材料的宽带隙特性使其对紫外光具有高灵敏度，有望在环境监测、生物医学成像等领域发挥重要作用。

张欣：对于氧化镓器件在新兴领域的应用，目前还面临哪些挑战？学术界和产业界该如何协同合作？

黄文海教授：目前，氧化镓器件在高频、高功率应用中的稳定性仍需进一步提高。学术界应专注于基础研究，探索新材料和新结构；产业界则应侧重于器件制造和应用开发，将研究成果转化为实际产品。通过这种协同合作，可以加速氧化镓器件的商业化进程，推动相关技术的发展。

测试测量的挑战与应对

张欣：在氧化镓器件的测试测量环节，您遇到过哪些较为突出的难点和痛点？

黄文海教授：氧化镓器件的特殊电学和光学特性给测试测量带来了诸多技术难题。例如，由于氧化镓器件的高耐压特性，在测量其电学参数时需要高精度、高稳定性的测试设备。此外，对于器件的光学特性测量，如紫外光发射和吸收，也需要专业的光谱分析设备。

张欣：这些测试难点对氧化镓器件的研发、生产以及质量控制产生了怎样的影响？在实际工作中，您是如何应对这些挑战的？

黄文海教授：这些测试难点对氧化镓器件的研发、生产以及质量控制产生了显著影响。为了应对这些挑战，我们采用了多种先进的测量方法，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及X射线光电子能谱（XPS）等，以全面表征氧化镓器件的性能。同时，我们也使用了泰克/吉时利（Tektronix/Keithley）的测试测量解决方案，这些设备的高精度和高稳定性对于我们的研究至关重要。

未来展望：氧化镓器件的发展方向

张欣：请您对氧化镓器件未来5-10年的发展方向做一个前瞻性预测。在此过程中，您认为会出现哪些关键的技术创新点？

黄文海教授：未来5-10年，氧化镓器件将在更高电压、更高频率和更高功率的应用中取得突破。这些应用将推动电力电子技术的革新，为可再生能源、电动汽车和智能电网等领域带来新的发展机遇。同时，我认为新型器件结构的开发、材料质量的进一步提升以及制造工艺的优化将是未来的关键技术创新点。我相信，通过不断的技术创新和合作，氧化镓器件将在更多领域实现突破，为全球半导体产业的发展注入新的活力。

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