浅谈Ga2O3器件仿真技术的难点

浅谈Ga₂O₃功率半导体器件仿真技术的难点

目前，以GaN和SiC为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、临界电场高和电子饱和漂移速度快等优势，突破了硅与传统化合物材料（GaAs、InP等）技术发展的瓶颈，被广泛地应用在光电、电力电子、射频微波等领域，展现出了巨大的发展潜力；而Ga₂O₃材料的禁带宽度高达~4.9 eV，临界电场高达~8 MV/cm（是Si的2.7倍，SiC和GaN的2倍，Baliga优值分别是SiC和GaN的10倍和4倍以上），因此是制造场效应晶体管、肖特基二极管、日盲紫外探测器等的优良材料，并逐渐肩负起超宽禁带半导体材料发展的重任。

然而相对于发展较为成熟的GaN和SiC材料性质和器件架构而言，Ga₂O₃材料相关器件架构不清晰，其器件的发展依然任重道远。因此利用半导体器件仿真技术对Ga₂O₃器件机理的研究便显得尤为重要，这将有助于充分发挥出Ga₂O₃材料的优势。不过现阶段Ga₂O₃器件仿真技术面临着诸多难点，具体可分为以下几点：

第一，Ga₂O₃材料的电学、光学参数缺失且不完善。当前Ga₂O₃材料制备技术不够成熟，因此材料的稳定性较低；而且Ga₂O₃材料存在多种同分异构体，不同研究机构所报道的Ga₂O₃材料的基本电学和光学性质出入较大。半导体材料物理是探究半导体器件物理的根本条件，稳定的材料性质是开展器件机理分析的前提，因此技术人员需要综合不同研究机构的实验测试数据，针对性地将特定材料参数赋值到相对应的器件物理模型中，才能展开真实可靠的仿真计算。这将要求技术人员具备足够强的材料物理知识和器件工艺基础。

第二，Ga₂O₃材料自身缺陷对相关器件的电学输出曲线走势影响较大。受限于当前的材料制备水平，Ga₂O₃材料自身存在较多的缺陷和位错，这严重制约了载流子输运和载流子迁移率，进而会对器件的电学输出曲线走势产生重要的影响，尤其影响了功率半导体器件的击穿曲线走势。然而半导体器件仿真软件中的缺陷模型复杂，并涉及众多物理参数，因此物理模型的选取对技术人员的器件物理功底提出了考验。

第三，由于晶体材料质量需要进一步完善，所以实验结果与理论结果存在较大出入，因此给理论分析带来较大的难度。为了保证计算数据的合理性和可靠性，技术人员需要具备丰富的仿真经验及理论功底，这也导致了针对Ga₂O₃功率半导体器件的机理分析难度增加。

从以上介绍中，我们可以看出当前Ga₂O₃材料的研究难点和Ga₂O₃功率半导体器件和光电探测器仿真的技术壁垒，因此，Ga₂O₃材料在成为电力电子和光电探测产品的主要候选材料之前，研究人员还需要从材料生长、器件制备和仿真技术三方面对其展开更深入的研发工作。