如果GaN的研究是一段相聲

老師。但是我們也不可否認，郭老師作品的經典離不開于謙老師的完美配合。與相聲藝術一樣，科學研究同樣也需要相互配合。人們常說硅（Si）材料（全球95%以上的半導體晶元和器件是用矽片作為基底功能材料而生產出來的）支撐了信息社會的發展和進步，徹底改變了人們的生活方式。但是，如果沒有二氧化硅（SiO2）這個「捧哏」的出現和配合，Si 基半導體器件很難成就今天的經典與輝煌。

作為功率半導體材料的一顆新星，GaN 材料的表現令研究人員眼前一亮，它的禁帶寬度是 Si 的3倍多，抗擊穿能力是 Si 的10倍多，電子的遷移率是 Si 的2倍多。以 GaN 材料製作功率器件，可以提高電源的轉換效率，降低電源的體積和質量，因此受到人們的廣泛關注，也使得 GaN 基功率器件成為下一代功率器件的強有力競爭者。然而，與 Si 基器件相比，GaN 材料是孤獨的，目前還沒有找到適合它的「捧哏」。因此，如何給 GaN 這個優秀的「逗哏」找到「捧哏」成為研究人員急需解決的問題之一。

中科院蘇州納米所納米加工平台張寶順研究員課題組一直致力於高壓大功率GaN 基電力電子器件的研究工作。為了給 GaN 器件找到合適的「捧哏」，提高器件的性能，該課題組通過對傳統低壓化學氣相沉積（LPCVD）系統進行改造，在國際上首次提出將原位等離子體處理與傳統 LPCVD 沉積相結合來沉積介質層。N2 等離子體處理不僅可以補償 GaN 表面的氮空位，還可以減少表面的自然氧化層，從而實現 GaN 這個優秀「捧哏」和 LPCVD-SiNx 這個「逗哏」的完美結合。通過這種技術製作的電力電子器件，閾值回滯由原來的7.1 V下降到186 mV，為目前高掃描柵壓（>20 V）下的最好結果。器件的閾值穩定性得到明顯提高，如圖2所示。由於 GaN 與 LPCVD-SiNx 界面態的降低抑制了缺陷態對溝道中電子的捕獲，因而改善了器件的動態特性，在600 V關態應力下，器件的導通電阻僅僅上升1.18倍（傳統器件為200倍左右），如圖3所示。該工作為尋找 GaN 基器件的「捧哏」提供了新的思路，實現的高性能 GaN電力電子器件可以被廣泛應用在充電器設備、電動汽車、無人駕駛和無線充電等領域，器件的綜合性能處於國際前列。相關結果發表在最新的

,2017,38,236.

圖2 （a）經過和未經過原位N2等離子體處理的MIS-HEMT器件在不同正向掃描柵壓下的閾值回滯；（b）器件正向掃描柵壓和閾值回滯與已報道文獻結果的比較

圖3 （a）未經過原位等離子體處理MIS-HEMT器件的動態特性；（b）經過原位等離子體處理MIS-HEMT器件的動態特性

圖4 GaN電力電子器件的廣泛應用

圖5 課題組全體成員

作者系科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所在讀博士生