该器件的制造基于2英寸掺锡Ga₂O₃基板，这是功率半导体设备制造的起点。漂移区由10μm厚的硅掺杂n-Ga₂O₃层构成，载流子浓度为约1.7 × 10¹⁶/cm³。该外延片可从日本的Novel Crystal Technology公司获得。器件的金属化采用Ti/Au（钛/金）金属层，并经过退火处理，在晶圆背面形成阴极。

在漂移层上方，使用射频（RF）磁控溅射沉积双层NiO（镍氧化物）薄膜，形成阳极层，并产生n-Ga₂O₃和NiO之间的异质结结构。下层的NiO为p型，空穴浓度为5.8 × 10¹⁷/cm³，而上层的p+NiO空穴浓度为2.9 × 10¹⁹/cm³。在溅射过程中，通过调整氩气（Ar）与氧气（O₂）的磁通量比，控制掺杂浓度。

为了优化器件性能，采用了一个小角度（11°）斜边的设计，以减少高电场区域的形成，并通过阴影掩模和NiO靶材与晶圆的偏角来形成该斜面。通过这一设计，表面电场在远离有源区的地方逐渐减小，优化了器件的电气特性。

此外，采用了钛酸钡（BaTiO₃）材料，这是一种具有超高介电常数的钙钛矿氧化物。BaTiO₃通过射频溅射沉积在NiO层的顶部，并在负极金属（Ni/Au）下形成一个扩展的场板。这个场板不仅延伸到NiO层之外，还有效地降低了Ga₂O₃-NiO界面处的电场强度，从而提高了器件的承受能力。通过这个场板，Ga₂O₃中的峰值电场从6.61MV/cm降低到4.57MV/cm，而NiO中的电场从7.91MV/cm降低到2.62MV/cm。

封装与组装

器件的阴极被粘合到0.5mm厚的铜-钼-铜（Cu-Mo-Cu）高导热衬底上，而阳极则通过五根1mm厚的金（Au）键合线连接到引线框架。最后，整个器件被封装到TO-220封装中，完成了制造过程。简化的器件层结构如图1所示。

雪崩性能分析

雪崩行为在功率半导体中是一个关键的稳健性因素，尤其在需要应对高反向电压和感性负载产生的关断反电动势的电机驱动应用中。雪崩击穿（Avalanche Breakdown）会在器件两端的反向电压达到一定阈值时发生。此时，器件允许高反向电流（I_avalanche）通过，从而使雪崩能量（E_avalanche = V_avalanche × I_avalanche × 时间）得以有效消散，而不会导致灾难性的设备损坏。

为了测试器件的雪崩稳健性，通常采用非钳位感应开关（UIS）测试。该测试通过在开关关闭时迫使储存在电感中的能量通过关断状态的设备，使其进入雪崩击穿状态。HJD器件能够承受重复的UIS测试，并且其正向或反向电气特性在测试后没有显著变化，进一步证明了其雪崩稳健性。

在HJD设备的UIS性能测试中，B_avalanche在25°C至175°C温度范围内稳定在1,545V至1,683V之间，具有正温度系数（1V/°C）。图2a展示了器件在1,200V电压下的反向特性，显示HJD器件的漏电流比类似额定值的SiC合并PiN肖特基二极管低100倍至1,000倍，进一步体现了UWBG技术的优势。图2b是测试电路的示意图，图2c则展示了30A、20μs时的UIS波形，表明HJD器件能够在100万次重复的UIS测试后仍保持稳定的电气特性。

浪涌性能与反向恢复特性

为了测试器件在高正向导通状态下的稳健性，采用了振幅可调的10ms半正弦电流脉冲。测试表明，HJD器件能够承受高达50A的浪涌电流，如图3所示。该器件在承受浪涌电流时，显示出低的导通电阻（R_on），这表明其在双极电导率调制下具有优异的导电性能。

在反向恢复特性方面，HJD器件展示出非常快的恢复速度。与传统的同结p-n二极管相比，HJD器件的反向恢复波形与正向电流无关，恢复时间仅为12.79ns，表明其具有极高的开关速度。HJD器件的高浪涌能力与其在高正向偏压下的热电子发射注入机制密切相关。在反向偏压下，电流主要通过隧穿效应或高正向偏压驱动的热电子发射注入进入NiO层，导致反向恢复特性更加迅速。

反向恢复的测量结果显示，HJD器件的反向恢复时间非常短，低于12.79ns，相比传统的硅p-n二极管，HJD在浪涌和开关性能方面具有显著优势。图4展示了HJD的反向恢复特性，表明其在快速恢复与高浪涌能力之间取得了理想的平衡。

结论

镍/Ga₂O₃异质结材料系统展现了巨大的潜力，尤其在稳健功率器件的开发中具有很大的应用前景。本文总结的HJD器件在浪涌和雪崩性能方面均表现出优异的特性，同时，在正向导通、反向恢复及击穿电压特性之间取得了很好的权衡。未来的研究可进一步优化材料和结构设计，以提升器件的整体性能，推动其在高可靠性、高效率电力电子领域的广泛应用。