2020年7月，實驗室關(guān)于硅和氮化鎵異質(zhì)集成芯片的相關(guān)研究成果在國際半導(dǎo)體器件權(quán)威期刊IEEETransactions on Electron Devices上發(fā)表，郝躍院士團隊的張家祺博士和張葦杭博士為本論文的共同第一作者，張春福教授為論文的通訊作者。國際半導(dǎo)體行業(yè)著名雜志《Semiconductor Today》及時對成果進行了跟蹤報道，受到國內(nèi)外業(yè)界的關(guān)注。

《Semiconductor Today》總部位于英國，是國際半導(dǎo)體行業(yè)著名雜志和網(wǎng)站，專注于報道國際半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要研究進展和最新行業(yè)動態(tài)，具有很強的行業(yè)影響力。《Semiconductor Today》指出：中國西安電子科技大學研究團隊研發(fā)的“轉(zhuǎn)印與自對準刻蝕技術(shù)”有效地實現(xiàn)了晶圓級的異質(zhì)集成，有望將多種不同的功能材料如硅、氮化鎵等集成在晶圓級的單片上，以此為基礎(chǔ)制造的器件及集成電路理論上具有更加多樣強大的功能與更高的集成度。基于所研發(fā)的低成本轉(zhuǎn)印與自對準刻蝕新技術(shù)，西安電子科技大學團隊首次實現(xiàn)了晶圓級硅與氮化鎵單片異質(zhì)集成的增強型共源共柵晶體管,取得了硅和氮化鎵晶圓級單片異質(zhì)集成新突破。該新技術(shù)避免了昂貴復(fù)雜的異質(zhì)材料外延和晶圓鍵合的傳統(tǒng)工藝技術(shù)，有望成為突破摩爾定律的一條有效技術(shù)路徑。

氮化鎵高功率器件在電力電子領(lǐng)域中受到越來越多的關(guān)注，在汽車電子、機電控制、光伏產(chǎn)業(yè)和各類電源系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用。電力電子器件更加需要常關(guān)態(tài)增強型氮化鎵功率器件，但由于異質(zhì)結(jié)二維電子氣形成原因，一般的氮化鎵器件主要是耗盡型的。一種可行的方案是由一個增強型硅晶體管與一個耗盡型氮化鎵晶體管級聯(lián)組成共源共柵型增強型氮化鎵器件，這種結(jié)構(gòu)擁有穩(wěn)定的正閾值電壓并且與現(xiàn)有的柵驅(qū)動電路相兼容。此外，由于硅MOS結(jié)構(gòu)的引入使得共源共柵氮化鎵器件具有更大的與驅(qū)動電路兼容的柵壓擺幅。

然而，如何實現(xiàn)晶圓級單片集成Si-GaN共源共柵晶體管是一個十分困難的問題，因為這涉及到兩種完全不同的半導(dǎo)體材料集成在同一個晶圓上。郝躍院士團隊創(chuàng)新地提出了一種轉(zhuǎn)印和自對準刻蝕方法，并首次實現(xiàn)了晶圓級的Si-GaN單片異質(zhì)集成的共源共柵晶體管。這項技術(shù)和方法有望實現(xiàn)多種材料的大規(guī)模異質(zhì)集成并基于此制造功能多樣化的器件和電路，避免了昂貴且復(fù)雜的材料異質(zhì)共生技術(shù)或晶圓鍵合工藝。通過轉(zhuǎn)印和自對準刻蝕的新技術(shù)，使得硅器件與氮化鎵器件的互連距離縮短至100μm以下，僅為傳統(tǒng)鍵合線長度的5%。據(jù)估算，新型的共源共柵晶體管可以比傳統(tǒng)鍵合方法減少98.59%的寄生電感。Si-GaN單片異質(zhì)集成的共源共柵晶體管的閾值電壓被調(diào)制為2.1V，實現(xiàn)了增強型器件。該器件柵壓擺幅在柵漏電低于10-5mA/mm的范圍內(nèi)達到了±18V。經(jīng)過大量器件測試和可靠性試驗后，芯片之間的性能具有良好的一致性，這充分證明了轉(zhuǎn)印和自對準刻蝕技術(shù)實現(xiàn)晶圓級單片集成共源共柵晶體管的巨大潛力和優(yōu)勢。