2 英寸掺锡 （001）-Ga2O3基板是设备制造的起点。漂移区由 10 μm 厚的硅掺杂 n-Ga 组成2O3载流子浓度为 ~1.7 × 10 的层16/厘米3.外延片可从 Novel Crystal Technology（日本）获得。锡/金 （Ti/Au） 金属化和退火处理，在减薄晶圆的背面形成阴极。使用 RF 磁控溅射在漂移层上方沉积双层 NiO。这形成了阳极层并产生 n-Ga 的异质结2O3.基 NiO 层为 p–，空穴浓度为 5.8 × 1017/厘米3，而上部 p+ NiO 的空穴浓度为 2.9 × 1019/厘米3.通过调整氩 （Ar）/O 的磁通量比来改变掺杂2在溅射过程中。在 NiO 中创建一个小角度 （11°） 斜边，以创建结点-端接-延伸边端接。该斜面是通过在距晶圆一定距离处的阴影掩模和 NiO 靶材与晶圆的偏角相结合而形成的，这两个参数都是可调的。因此，表面电场在远离器件有源区域的地方逐渐减小。钛酸钡钙钛矿氧化物 （BaTiO3） 也通过射频溅射沉积在 NiO 薄膜顶部。它具有超高的介电常数，并在负极金属 （Ni/Au） 下形成一个场板，该场板延伸到 NiO 层之外。利用这个场板，Ga 中的峰值电场2O3NiO 分别从 6.61 MV/cm 和 7.91 MV/cm 降低到 4.57 MV/cm 和 2.62 MV/cm。
3 × 3 mm 器件阴极粘合到 0.5 mm 厚的具有高导热性的铜-钼-铜衬底上，而阳极则通过五根 1 mm 厚的 Au 键合线连接到引线框架。封装和安装到 TO-220 封装上完成了制造过程。该器件的简化层原理图如图 1 所示。
HJD 的层示意图。
图 1：HJD 的层示意图（来源：周 et al.，2023）
雪崩性能 雪崩行为可能是功率半导体中的一个重要稳健性因素，尤其是在需要耗散感性负载产生的关断反电动势的电机驱动应用中。一旦器件两端的反向电压达到雪崩击穿 （B艾娃).高反向电流 （I艾娃） 启用，允许雪崩能量 （E艾娃 = B艾娃×我艾娃×事件持续时间）消散，而不会导致灾难性的设备故障。通常进行非钳位感应开关 （UIS） 测试来测试器件的雪崩鲁棒性。在 UIS 测试中，电感通过开关充电，当开关关闭时，会迫使存储在电感中的能量通过关断状态的被测设备 （DUT），使其进入雪崩击穿状态。DUT 能够承受重复的 UIS 测试，而其正向或反向特性没有显着变化，这进一步增强了其雪崩稳健性的信心。
HJD 设备的 UIS 性能如图 2 所示。The B艾娃温度范围为 1,545 V 至 1,683 V，温度范围为 25°C 至 175°C，正温度系数为 1 V/°C。 图 2a 中的反向特性显示，在 1,200 V 电压下的漏电流比类似额定值的 SiC 合并 PiN 肖特基二极管低 100× 至 1,000×，展示了 UWBG 技术的优势。测试设置如图 2b 所示，UIS 波形如图 2c 所示。HJD 以 I艾娃30 A 和 A B艾娃1,740 V，持续时间为 20 μs。与新零件相比，该测试后正向和反向特性没有显着变化。稳定的雪崩性能归因于从 n-Ga 开始的冲击电离2O3区域，并均匀地贯穿整个设备。异质结的交错带结构不会在高反向偏置时产生空穴屏障，从而可以有效地去除空穴。
（a） HJD 与温度的准静态反向特性，表明用于雪崩测试的 UIS 区域;（b） UIS 测试电路;（c） 30 A、20 μs 的 UIS 波形和 HJD 通过 100 万次重复 UIS 测试。
图 2：（a） HJD 与温度的准静态反向特性，表明用于雪崩测试的 UIS 区域;（b） UIS 测试电路;（c） 30 A、20 μs 的 UIS 波形和 HJD 通过 100 万次重复的 UIS 测试（来源：周 et al.， 2023）
浪涌性能和反向恢复
这测试了器件在高正向导通状态下的稳健性。使用振幅可调的 10 ms 半正弦电流脉冲。如图 3 所示，HJD 可以承受 50 A 的浪涌。
HJD 的浪涌电流和电压特性。
图 3：HJD 的浪涌电流和电压特性（来源：周 et al.， 2023）
它表现出导通电阻 （R上），表明双极电导率调制。在同结 p-n 二极管中，轻掺杂漂移区积累了少数载流子，导致器件关断时出现相当大的反向恢复。这会导致开关损耗增加并限制开关速度。因此，同结 p-n 器件在浪涌稳健性和开关速度之间存在固有的权衡。
HJD 器件的反向恢复特性如图 4 所示。与此处所示的快速硅 p-n 二极管的曲线不同，HJD 的反向恢复波形与正向电流无关，并且表现出非常快的恢复速度。该 HJD 的反向恢复时间为 12.79 ns。高浪涌能力归因于通过隧穿或高正向偏压的热电子发射注入 NiO。在反向偏压下，耗尽主要发生在轻掺杂的 n-Ga 中2O3在 NiO 中具有少数复合的区域。低空穴少数载流子寿命为 6.2 ns（Ga 中）2O3是从电子束感应电流研究中提取的。基于测量的理论结论表明，在浪涌条件下，整个 NiO 区域存在高电子浓度，导致电导率调制，而 Ga 中的空穴浓度2O3要低得多，并迅速远离交界处。
HJD 的反向恢复特性。
图 4：HJD 的反向恢复特性（来源：周 et al.，2023）
镍 / GA2O3异质结可以成为创建稳健功率器件的一种很有前途的材料系统。这里总结的 HJD 器件显示出良好的浪涌和雪崩性能，并且在 R 之间取得了有利的权衡。上和击穿电压特性。
