01 高性能氮化镓基功率器件

以电力电子半导体（功率）器件为核心的开关电源，在现代电能转化系统中管理着全球超过50%的电力资源，在新能源、消费电子、数据中心、电网系统等各个领域发挥着举足轻重的作用。氮化镓（GaN）基电力电子器件是实现新一代小型化、高效率、高功率密度电源的核心元器件。然而，可靠性问题严重制约了GaN基电力电子器件发展，主要阻碍包括：表面脆弱导致器件工作寿命短、界面缺陷态引起阈值漂移、低阈值电压和小栅压摆幅导致器件易击穿损坏等。本团队针对以上关键问题开展研究，实现了GaN 基电力电子器件性能新突破。代表性研究成果包括：

■ 表面氧化-重构技术

GaN表面氧化重构

相比于稳定可靠的GaN 体材料，相对脆弱的表面是限制GaN 基电力电子器件发展的关键阻碍，特别是在器件稳定性和可靠性方面。

通过“氧化-重构”两步过程将GaN 表面原位转化为氮氧化镓（GaON）纳米层，克服了这一关键挑战，为解决GaN 表面脆弱的问题提供了独具特色的方案，非常有希望实现大规模量产。

■ 界面态抑制技术

高质量界面和高稳定性器件

介质层在GaN基电力电子器件中具有重要作用，可用做栅介质、钝化层、绝缘层等。然而介质层和GaN界面缺陷态带来了一系列器件可靠性和稳定性问题。

团队创新性地研发出适用于GaN 材料的界面态抑制技术，包括低温插入层和原位氧等离子体处理技术，实现界面态密度下降一个量级以上。

■ 新型器件结构

器件性能国际领先

阈值电压低和栅压摆幅小是制约GaN 基电力电子器件工作频率和功率输出能力的核心问题。

提出新型栅极拓扑和pn结栅结构，突破器件阈值电压难以超过2 V的限制，实现3-8 V的高阈值电压、栅极漏电电流密度低4 个量级且栅压安全过冲范围从不足2 V 拓宽至4 V，器件性能处于国际领先水平。