氧化镓（Ga2O3）作为超宽带隙半导体材料，具有禁带宽度更大（4.5~4.9 eV）、击穿场强更高、大尺寸低成本的优势。Ga2O3的Baliga器件优值分别是GaN和SiC的四倍和十倍，为未来功率器件的发展提供了更广阔的视野，对于大功率、高频装备，Ga2O3具有重大的战略意义和经济价值。然而Ga2O3的热导率极低（~0.27 W/cm?K，只有硅的1/5和碳化硅的1/10），低热导率成为Ga2O3功率器件应用的最大瓶颈。

中科院上海微系统所王曦院士团队欧欣研究员课题组和西安电子科技大学郝跃院士团队韩根全教授课题组合作，利用“万能离子刀”智能剥离与转移技术，首次实现Ga2O3单晶薄膜（100 nm ~ μm）与高导热的Si和4H-SiC衬底的晶圆级异质集成，并制备出高性能器件。高质量Ga2O3薄膜的厚度不均匀性为±1.8%，通过化学机械抛光优化后薄膜的表面粗糙度达到0.4 nm以下，退火后薄膜摇摆曲线半高宽小于90 arcsec。基于异质高导热衬底结构上制备的Ga2O3 MOSFET器件开关比大于7个数量级，开态电阻为 27.3 mΩ?cm2，开态电流为170 mA/mm，击穿电压高达800 V以上。异质集成Ga2O3 MOSFET热稳定测试表明在300 K到500 K的升温过程中开态电流和关态电流没有明显退化，相对于同质Ga2O3体衬底器件，热稳定性有显著的提升，即使在500 K的温度条件下，SiC基Ga2O3 MOSFET器件的击穿电压依然可以超过600 V。

该工作为我国在国际微电子旗舰会议IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)上发表的首篇超宽禁带半导体领域的论文，在金刚石材料掺杂技术迟迟不能突破的今天，该工作对于超宽禁带材料与功率器件领域具有里程碑式的重要意义。它为Ga2O3晶圆散热问题提供了最优解决方案，势必推动全世界高性能Ga2O3器件研究的发展；同时也为我国Ga2O3材料和器件基础研究和工程化提供优质的高导热衬底材料，推动Ga2O3在高功率器件领域的规模化应用，以期迎头赶上。

相关研究成果于2020年2月13日以“First Demonstration of Waferscale Heterogeneous Integration of Ga2O3 MOSFETs on SiC and Si Substrates by Ion-Cutting Process”为题在线发表，欧欣研究员、韩根全教授为共同通讯作者，徐文慧博士研究生、王轶博博士研究生、游天桂副研究员为共同第一作者。同时，研究成果被国际半导体业界权威刊物《Compound Semiconductors》报道。

论文链接: https://doi.org/10.1109/IEDM19573.2019.8993501