比SiC及GaN更為出色的性能

　　Ga2O3是金屬鎵的氧化物，同時(shí)也是一種半導(dǎo)體化合物。其結(jié)晶形態(tài)截至目前（2012年2月）已確認(rèn)有α、β、γ、δ、ε五種，其中，β結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。與Ga2O3的結(jié)晶生長(zhǎng)及物性相關(guān)的研究報(bào)告大部分都使用β結(jié)構(gòu)。我們也使用β結(jié)構(gòu)展開(kāi)了研發(fā)。

　　β-Ga2O3具備名為“β-gallia”的單結(jié)晶構(gòu)造。β-Ga2O3的帶隙很大，達(dá)到4.8～4.9eV，這一數(shù)值為Si的4倍多，而且也超過(guò)了SiC的3.3eV 及GaN的3.4eV（表1）。一般情況下，帶隙大的話，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度也會(huì)很大（圖1）。β-Ga2O3的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度估計(jì)為8MV/cm左右，達(dá)到Si的20多倍，相當(dāng)于SiC及GaN的2倍以上。

　　圖1：擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度大

　　帶隙越大，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度就越大。β-Ga2O3的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為推測(cè)值。

　　β-Ga2O3在顯示出出色的物性參數(shù)的同時(shí)，也有一些不如SiC及GaN的方面，這就是遷移率和導(dǎo)熱率低，以及難以制造p型半導(dǎo)體。不過(guò)，我們認(rèn)為這些方面對(duì)功率元件的特性不會(huì)有太大的影響。

　　之所以說(shuō)遷移率低不會(huì)有太大問(wèn)題，是因?yàn)楣β试男阅芎艽蟪潭壬先Q于擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。就β-Ga2O3而言，作為低損失性指標(biāo)的“巴利加優(yōu)值（Baliga’s figure of merit）”與擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的3次方成正比、與遷移率的1次方成正比。因此，巴加利優(yōu)值較大，是SiC的約10倍、GaN的約4倍。

　　一般情況下，導(dǎo)熱率低的話，很難使功率元件在高溫下工作。不過(guò)，工作溫度再高也不過(guò)200～250℃，因此實(shí)際使用時(shí)不會(huì)有問(wèn)題。而且封裝有功率元件的模塊及電源電路等使用的封裝材料、布線、焊錫、密封樹(shù)脂等周邊構(gòu)件的耐熱溫度最高也不過(guò)200～250℃程度。因此，功率元件的工作溫度也必須要控制在這一水平之下。