马俊在新型多沟道氮化镓电力电子器件领域取得进展

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近日，南方科技大学电子与电气工程系助理教授马俊与瑞士洛桑联邦理工大学教授Elison Matioli、苏州晶湛半导体有限公司董事长程凯等团队合作，在Nature Electronics发表了题目为“Multi-channel nanowire devices for efficient power conversion”的研究论文，报道了基于多沟道技术和宽禁带半导体氮化镓（GaN）的新型纳米电力电子器件。该技术是电力电子领域和宽禁带半导体领域的重大进步，有望显著提升能量转换效率。

图1. 多沟道器件的结构示意图和SEM图像。

图2 多沟道对器件击穿电压的影响及斜向三维栅带来的击穿电压提升。

图3新器件性能与现有技术的比较，显示了极大的性能提升。

        半导体电力电子器件是电能转换的核心元件，其击穿电压和导通电阻分别决定了电能转换的功率等级和能量效率。传统电力电子器件的导通电阻越大，导致较高的损耗和碳排放。
        该研究基于原创性的多沟道斜向三栅技术，开发了新型高效的GaN纳米线电力电子器件，可以大大降低器件的导通电阻。该技术融合了两项关键创新：第一项是在元件中建立几个并行导电通道以减小电阻，就像在高速公路上增加新车道一样，让交通更加顺畅；第二项创新涉及使用斜向三维栅结构，通过独特的斜向漏斗状结构使15纳米宽的线条能够承受超过1,200 V的电压而不被击穿。得益于这两项创新的结合——允许更多电子流动的多通道设计以及调控纳米线电场分布的斜向三栅结构——新型器件可以在大功率系统中提供更高的能量效率，综合性能是文献中最好的GaN电力电子器件的两倍。
       马俊与来自瑞士洛桑联邦理工大学的Luca Nela和Erine Catherine为本文共同第一作者，通讯作者为Elison Matioli。本文由欧洲研究委员会、瑞士国家科学基金会、ECSEL联合执行体资助。


       文章来源：南方科技大学
       马俊博士自2008年起先后在厦门大学、三安光电、香港科技大学和瑞士洛桑联邦理工学院等单位从事 氮化镓 （GaN）的外延、器件和单片集成等方面的研究工作，累计在 IEDM，ISPSD， IEEE EDL，IEEE TED，APL等器件领域的国际主流会议和高水平期刊发表论文 50 余篇，并担任 IEEE EDL，IEEE TED，APL等多个期刊的审稿人。2020年6月，马俊博士加入南方科技大学电子与电气工程系担任助理教授、副研究员，继续从事有关 GaN 外延、器件、集成电路和 ESD 等方面的研究。近年来，马俊博士开发了包括三维场板、斜向三维栅、高压多沟道高迁移率晶体管及肖特基二极管、多沟道平面栅晶体管等在内的多项原创性技术，并研发出了许多具有前沿性的高性能 GaN 电子器件。这些技术获得了学术界和工业界的广泛关注，十余次被国际知名的半导体业界媒体报道。2017年，半导体行业知名杂志 Compound Semiconductor 的评论文章认为马俊博士的工作代表了未来氮化镓电力电子器件发展的两个趋势之一。2019年，马俊博士研发的 1200 V 多沟道 GaN-on-Si 高迁移率晶体管创造了该类器件功率品质因子的新纪录，被包括 Nature Electronics, Compound Semiconductor, Semiconductor Today 在内的多家知名半导体杂志报道。