●技術簡介：
本團隊在低阻值且零度角度的SiC基板上成長p-GaN HEMT，並且利用寬能隙材料AlGaN做為蓋帽層，藉此可以有效抑制電洞注入，達到提升閘極可靠度的目的。另外，本團隊選用零度角以及低阻值的SiC基板，除了可以大幅減少異質接面造成的晶格錯位缺陷之外，同時也大幅降低了整體成本。
●技術之科學突破性：
此研究成果主要針對元件可靠度、穩定度以及成本考量作改善以及提升，因此本團隊首創p-GaN HEMT磊晶成長在低阻值的SiC基板上，並且首次在p-GaN HEMT上磊晶一層AlGaN做為蓋帽層。然而，元件可靠度以及操作穩定度可依元件通道層為界線，分為上層的主動區以及下層的基板區域。在主動區域的部分，本團隊透過模擬得到寬能隙材料AlGaN與p-GaN的接面處有一空乏區形成，在正偏壓下此空乏區能夠有效地抑制電洞注入至通道中，藉此研究可以得到元件有著高閘極操作偏壓範圍以及高閘極可靠度的表現。特別的是，於國際團隊相比，香港科技大學的Kevin J.Chen教授也提出針對p-GaN層表面使用氧電漿表面處理技術，主要增強金屬/p-GaN接面的強度，用以抵抗在高偏壓下的高速載子的轟擊進而提升了閘極的可靠度，同時在文獻中的數據表示:在生命期長達10年的操作，並且在VGS=8.4V的條件下，有63％的元件會失效。除此之外，該團隊也提出在p-GaN表面磊晶一層n-GaN層，此研究同樣利用空乏區增加了閘極操作偏壓的範圍(VGS>20V)。在基板區域的部分，國際上無論是現有產品亦或是開發中的元件按照成本考量，大多使用Si基板，但在材料晶格匹配度上會遇到很大的挑戰，因此元件在穩定度以及可靠度的表現會較不理想。因此SiC成為新興基板的選擇，SiC不只有著與GaN較好的晶格匹配度，也有著較高的導熱係數，但是因其製作成本過高，因此在量產以及普及上依舊有著不小的挑戰。然而，本團隊採用零度角度成長的SiC做為基板，並且為低阻值的SiC基板，此基板與功率產品做結合，能夠提升元件效能並且使成本大幅降低，而此研究試圖在Si基板與高阻值SiC基板的夾縫中得到科學上的突破。最後，本團隊將兩者做結合，成功開發出高閘極可靠度以及高穩定性的p-GaN HEMT，並且達到國際水平。
●技術之產業應用性：
現今市場上氮化鎵功率元件產品大致可以崩潰電壓分為三種規格，分別為高壓650V、中壓100V以及低壓40V，這些主要都是在電源系統上轉換的應用，如:AC轉DC或是DC轉DC。近幾年來，各大廠牌都使用氮化鎵功率元件做AC/DC充電器，與傳統充電器相比，氮化鎵充電器有著更小的體積以及更大的輸出功率，並且同時有多孔的輸出。透過FoM的計算(輸入電容*輸出電阻)，650V的氮化鎵元件有著較好的FoM表現，但在可靠度上仍有相當的挑戰性。另外，為了能夠節省企業成本，氮化鎵功率元件的閘極驅動器也是一大挑戰。傳統矽元件的閘極電壓範圍約±20V，但氮化鎵功率元件的閘極電壓範圍約±10V，遠低於傳統矽元件，因此需要特別另外設計閘極驅動器，這將使成本增加。然而，本團隊對此問題提出了解決之道，本團隊將AlGaN磊晶於p-GaN層上方，將電洞注入效應降低，使閘極偏壓範圍>20V，期望可以共用傳統矽元件的閘極驅動器，並且同時增加了閘極操作的安全電壓。另外，對比傳統矽元件，氮化鎵的價格一直是各界關注的焦點。在氮化鎵元件製程中，磊晶由於面臨製程時間過長、穩定度以及均勻性的問題，因此耗費大約佔總成本的一半。除此之外，GaN-on-SiC 結合了SiC優異的導熱性，以及GaN高功率密度和低損耗的特性，適合應用在高溫、高頻的操作環境，在散熱性能具優勢。但由於SiC晶圓目前生產尺寸仍限制在4吋與6吋，未來如何達到晶圓尺寸擴大化為首要目標。然而，GaN on SiC的產品價格也是一大考量，除了磊晶成本之外，SiC基板價格也是居高不下，如果解決了這個問題，或使雙方的成本接近，則GaN-on-SiC的性能優勢就會突顯出來。因此本團隊提出降低基本成本的方法，將p-GaN HEMT磊晶於低阻值且零度角度的SiC基板上，相較於傳統GaN on Si元件，無疑GaN on SiC元件在緩衝層的位置能夠有較低的晶格缺陷密度，並且能夠提升散熱性能。另外，相較於4度角度的SiC基板，零度角度的SiC不但有較好的晶體質量，也有較低的價格。

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