耐高温更强！这款硅基氮化镓器件可靠性大幅升级

半导体技术持续迭代，市场对可在高温等极端环境下稳定工作的器件需求不断攀升。GaN HEMT是该类应用极具潜力的器件选型。相较传统硅基器件，它具备击穿电压更高、电子输运速度更快、能效更优等优势，现已逐步应用于高频通信、电力电子及恶劣工况设备领域。但如何保障其高温长期可靠性，仍是亟待攻克的核心难题。

兼容CMOS工艺的氮化镓器件热稳定性研究

本次研究聚焦采用 CMOS 兼容工艺制备的 GaN-on-silicon (GaN-on-Si) MIS-HEMT的热稳定性。该工艺可与现有硅基产线兼容，能够实现低成本规模化量产。制备过程摒弃镀金工艺，并采用难熔金属栅极材料，进一步适配通用半导体制造流程，同时提升器件高温工况稳定性，契合行业高性能半导体规模化、高可靠量产的发展趋势。

为考核热可靠性，研究将器件置于最高375摄氏度环境下进行长时间存储测试，测试全程不加偏置电压，单独观测温度带来的影响。在长达数千小时的试验周期内，科研人员持续监测阈值电压、漏极电流、跨导、导通电阻等关键电参数，以此分析器件在持续高温应力下的性能变化规律。

试验结果表明， GaN-on-silicon (GaN-on-Si) MIS-HEMT抗热老化能力优异。即便严苛测试环境下电气参数出现小幅波动，整体变化幅度仍处于较低水平。其中阈值电压出现轻微负向偏移，反映器件内部电荷分布发生改变，成因与载流子浓度波动、材料界面细微变化相关，但器件整体工作状态依旧平稳。

除阈值电压外，漏极电流与跨导也略有下降，说明高温应力会对沟道载流子迁移率产生影响。同时接触电阻有所上升，致使性能小幅衰减，根源在于长期高温作用下，金属半导体界面出现轻微结构与化学状态改变。上述性能损耗程度有限，器件可维持良好工作能力。

深入分析可知，电气性能衰减由多重因素共同作用导致。载流子浓度小幅上升叠加迁移率下降，共同影响器件特性，该变化规律符合半导体材料属性与热效应的作用机理。并且性能衰减趋势会逐步趋于平稳，器件可达到新稳态，不会持续劣化失效。

可靠性建模是研判长期服役性能的重要手段。通过分析衰减规律并结合统计模型，能够推算常规工况下器件失效时长。模型引入温度加速系数，可依据高温测试数据推演常温实际应用场景的表现。测算证实，这类器件即便长期高温运行，依旧拥有超长使用寿命，可满足各类高耐久、高稳定性应用场景的使用要求。

缺陷与电荷俘获特性也是热可靠性的重要评判维度。多数半导体器件在高温环境中易滋生新缺陷、激活固有缺陷，进而造成性能损耗。相关测试显示，该款氮化镓器件经受高温应力后，电荷俘获特性基本无变化，材料体系本身稳定性强，不易产生缺陷，能够保障高频场景下信号完整度与运行性能稳定。

结构检测结果同样印证器件具备出色热耐受能力。高精度表征检测发现，长时间高温环境下器件内部结构基本完好，各层界面完整度未遭破坏，也未出现开裂、元素互扩散等常见失效问题。InAlN/GaN 异质结构与难熔金属栅极等耐热材料的应用，是器件结构稳固的核心原因。

目前部分性能衰减机理尚未完全探明，阈值电压偏移、电阻增大的具体诱因还需进一步深挖，材料特性改变、轻元素扩散、热膨胀差异引发的机械应力变化均有可能影响参数表现，后续将借助精密检测技术开展更深层次研究。

总结

兼容 CMOS 工艺的 GaN-on-silicon (GaN-on-Si) MIS-HEMT，在极端环境下展现出优异的热稳定性能与可靠性。器件虽存在轻微性能损耗，但完全符合绝大多数应用的指标要求。依托稳定的材料体系、优化的器件架构以及可量产制造工艺，该类器件将成为未来高性能电子设备的核心支撑。随着衰减机理研究不断完善，氮化镓技术在新一代半导体体系中的应用价值将愈发凸显。