成功驗證空乏型 r-GeO₂ MOSFET 之電晶體運作
Patentix 株式會社成功使用備受矚目的次世代功率半導體材料——金紅石型二氧化鍺（r-GeO₂）製作了空乏型 MOSFET，並驗證了其電晶體運作。這為未來高效能功率元件奠定了基礎。
📋 文章處理履歷
- 📰 發表: 2026年4月1日 01:20
- 🔍 收集: 2026年4月1日 01:06
- 🤖 AI分析完成: 2026年4月22日 10:01（收集後512小時55分鐘）
2026年3月31日
Patentix 株式會社（以下簡稱「本公司」）利用備受矚目作為次世代功率半導體材料的金紅石型二氧化鍺（r-GeO₂），製作了空乏型 MOSFET（金氧半場效電晶體），並成功驗證了其電晶體運作。MOSFET 是基本的功率元件之一，此次的成果將成為未來實現增強型 MOSFET 的重要基礎。
【背景】
金紅石型二氧化鍺（r-GeO₂）具有比碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）更大的能隙（4.68 eV），且理論預測其同時具備 p 型與 n 型導電性，因此作為能夠實現高耐壓、高輸出、高效率功率半導體元件的次世代半導體材料，正受到廣泛關注。
本公司迄今已確立了以銻（Sb）為摻雜物的 n 型 r-GeO₂ 成膜與導電性控制技術，並成功透過 n+ 層成膜實現了歐姆接觸 [1]，以及透過 n- 層成膜驗證了蕭特基二極體（SBD）的運作 [2]。另一方面，同樣身為基本功率元件之一的 MOSFET，其早期實現也一直備受期待。
【先行研究】
在利用 r-GeO₂ 研發 MOSFET 的先前研究案例中，曾有報告指出透過濺鍍成膜在 SiO₂/p+ Si 基板上形成 GeO₂ 薄膜，從而展現 FET 的運作 [3]。此外，在25年11月，也有透過對 TSSG 法培育的 r-GeO₂ 單晶進行磷離子佈植，確認了 MOSFET 的運作。然而，使用有望實現大面積基板和高成本競爭力的異質磊晶薄膜來驗證 MOSFET 運作，至今尚未有相關報告。
【成果】
此次，本公司充分運用迄今確立的成膜技術，成功驗證了僅用 n 型 r-GeO₂ 即可製作的空乏型 MOSFET 之電晶體運作。
圖1(a)與(b)顯示了所製作的 r-GeO₂ MOSFET 的剖面示意圖與光學顯微鏡影像。在 r-TiO₂ 基板上，利用摻雜雜質的 r-GeO₂ 薄膜形成電流阻斷層，接著透過選擇性生長於其上沉積摻銻（Sb）的 n 型通道層（厚度 160 nm）以及源極/汲極 n+ 層，藉此製作出具備元件隔離結構且歐姆接觸電阻降低的 MOSFET。此外，閘極絕緣層使用 SiO₂（膜厚 75 nm），電極則使用 Pt/Ti。在該元件結構中，透過施加負的閘極電壓，使空乏層從閘極絕緣層正下方延伸，藉由阻斷汲極與源極之間的電流路徑，即可將電流關閉。
圖1：r-GeO₂ MOSFET 的 (a) 剖面示意圖與 (b) 光學顯微鏡影像
所製作的 r-GeO₂ MOSFET 的 ID-VG 特性顯示於圖2(a)。汲極電流 ID 隨閘極電壓 VG 變化，其開/關比達 5 個數量級以上，確認了在負閘極電壓下汲極電流會關閉的空乏型電晶體運作。在同圖所示的磁滯測量中，伴隨施加閘極電壓所產生的特性波動被抑制在極小範圍，這被認為是由於即使在製程條件尚未最佳化的情況下，仍形成了缺陷極少的閘極絕緣層介面。
此外，圖2(b)中顯示的 ID-VD 特（文章在此中斷）
Patentix 株式會社（以下簡稱「本公司」）利用備受矚目作為次世代功率半導體材料的金紅石型二氧化鍺（r-GeO₂），製作了空乏型 MOSFET（金氧半場效電晶體），並成功驗證了其電晶體運作。MOSFET 是基本的功率元件之一，此次的成果將成為未來實現增強型 MOSFET 的重要基礎。
【背景】
金紅石型二氧化鍺（r-GeO₂）具有比碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）更大的能隙（4.68 eV），且理論預測其同時具備 p 型與 n 型導電性，因此作為能夠實現高耐壓、高輸出、高效率功率半導體元件的次世代半導體材料，正受到廣泛關注。
本公司迄今已確立了以銻（Sb）為摻雜物的 n 型 r-GeO₂ 成膜與導電性控制技術，並成功透過 n+ 層成膜實現了歐姆接觸 [1]，以及透過 n- 層成膜驗證了蕭特基二極體（SBD）的運作 [2]。另一方面，同樣身為基本功率元件之一的 MOSFET，其早期實現也一直備受期待。
【先行研究】
在利用 r-GeO₂ 研發 MOSFET 的先前研究案例中，曾有報告指出透過濺鍍成膜在 SiO₂/p+ Si 基板上形成 GeO₂ 薄膜，從而展現 FET 的運作 [3]。此外，在25年11月，也有透過對 TSSG 法培育的 r-GeO₂ 單晶進行磷離子佈植，確認了 MOSFET 的運作。然而，使用有望實現大面積基板和高成本競爭力的異質磊晶薄膜來驗證 MOSFET 運作，至今尚未有相關報告。
【成果】
此次，本公司充分運用迄今確立的成膜技術，成功驗證了僅用 n 型 r-GeO₂ 即可製作的空乏型 MOSFET 之電晶體運作。
圖1(a)與(b)顯示了所製作的 r-GeO₂ MOSFET 的剖面示意圖與光學顯微鏡影像。在 r-TiO₂ 基板上，利用摻雜雜質的 r-GeO₂ 薄膜形成電流阻斷層，接著透過選擇性生長於其上沉積摻銻（Sb）的 n 型通道層（厚度 160 nm）以及源極/汲極 n+ 層，藉此製作出具備元件隔離結構且歐姆接觸電阻降低的 MOSFET。此外，閘極絕緣層使用 SiO₂（膜厚 75 nm），電極則使用 Pt/Ti。在該元件結構中，透過施加負的閘極電壓，使空乏層從閘極絕緣層正下方延伸，藉由阻斷汲極與源極之間的電流路徑，即可將電流關閉。
圖1：r-GeO₂ MOSFET 的 (a) 剖面示意圖與 (b) 光學顯微鏡影像
所製作的 r-GeO₂ MOSFET 的 ID-VG 特性顯示於圖2(a)。汲極電流 ID 隨閘極電壓 VG 變化，其開/關比達 5 個數量級以上，確認了在負閘極電壓下汲極電流會關閉的空乏型電晶體運作。在同圖所示的磁滯測量中，伴隨施加閘極電壓所產生的特性波動被抑制在極小範圍，這被認為是由於即使在製程條件尚未最佳化的情況下，仍形成了缺陷極少的閘極絕緣層介面。
此外，圖2(b)中顯示的 ID-VD 特（文章在此中斷）