扎根宽禁带半导体物理，推动宽禁带半导体技术发展——王蓉研究员 | 用户动态

宽禁带半导体是射频和功率芯片的基础材料，对信息通讯、新能源、智能电网和轨道交通等的发展起着至关重要的作用。但目前我国在宽禁带半导体领域与国外相比，差距显著。并且关键技术受制于人也对行业发展带来巨大影响。

从国家急迫需要和长远需求出发，结合个人科研背景，王蓉研究员将科研重心定位在了宽禁带半导体材料领域，与团队成员针对宽禁带半导体的掺杂、缺陷以及能带调控等相关的物理问题进行了深入研究。

目前，宽禁带半导体材料的掺杂主要存在以下问题：掺杂剂固溶度受限、双极掺杂困难、原生杂质与本征缺陷的补偿效应限制宽禁带半导体导电性能的提升。

针对这些问题，王蓉团队阐明了碳化硅及氮化镓中受主杂质与原生缺陷的相互作用机制，提出通过微量合金化提升掺杂杂质在氮化镓中的固溶度、采用共掺降低受主杂质在碳化硅中的离化能、利用非热力学平衡方法促进原生氢杂质钝化本征缺陷等方法提升宽禁带半导体的导电性能，为宽禁带半导体的器件应用提供了理论支撑[Phys.Rev. Applied 11, 054021 (2019)、J.Appl. Phys. 131, 185703 (2022)、Chin.Phys. B 31, 046104(2022)]。

同时王蓉团队发现掺杂杂质与本征缺陷除了影响宽禁带半导体的宏观电学性质外，还会在微观尺度上影响宽禁带半导体中位错的电学性质及动力学行为。比如在碳化硅中氮杂质不仅会导致碳化硅的n型导电，还会缀饰碳化硅中的位错，改变位错的电学特性，并促进位错的形核与滑移，从而降低碳化硅的硬度和弹性模量[Phys.Rev. Applied 17, 054011 (2022)、Appl.Phys. Lett. 120, 052105 (2022)]。

宽禁带半导体在材料生长和器件制备过程中无意引入的杂质与缺陷还会影响宽禁带半导体器件的性能及可靠性。团队揭示了氮化镓基高电子迁移率晶体管中原生杂质（如氧杂质、氢杂质）与本征缺陷结合形成的缺陷复合体会在器件使役过程中发生缺陷构型的改变，导致器件的可靠性衰退[Appl.Phys. Lett. 115, 143504 (2019)、IEEETrans. on Electron Devices 66, 5091(2019)]；同时王蓉团队阐明了氮化镓异质结中镓空位缀饰位错的内在物理机制及其对异质结电学性质的影响机理；基于以上物理图像，通过低注量中子辐照调控了氮化镓异质结中位错的构型，实现了氮化镓异质结电学特性的提升[Phys.Rev. Applied 14, 024039 (2020)、Appl.Phys. Lett. 117, 023501 (2020)]。