2026年3月31日 Patentix 株式会社（以下简称「本公司」）利用备受瞩目作为次世代功率半导体材料的金红石型二氧化锗（r-GeO₂），制作了空乏型 MOSFET（金氧半场效应管），并成功验证了其晶体管运作。MOSFET 是基本的功率组件之一，此次的成果将成为未来实现增强型 MOSFET 的重要基础。 【背景】 金红石型二氧化锗（r-GeO₂）具有比碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）更大的能隙（4.68 eV），且理论预测其同时具备 p 型与 n 型导电性，因此作为能够实现高耐压、高输出、高效率功率半导体组件的次世代半导体材料，正受到广泛关注。 本公司迄今已确立了以锑（Sb）为掺杂物的 n 型 r-GeO₂ 成膜与导电性控制技术，并成功通过 n+ 层成膜实现了欧姆接触 [1]，以及通过 n- 层成膜验证了萧特基二极管（SBD）的运作 [2]。另一方面，同样身为基本功率组件之一的 MOSFET，其早期实现也一直备受期待。 【先行研究】 在利用 r-GeO₂ 研发 MOSFET 的先前研究案例中，曾有报告指出通过溅镀成膜在 SiO₂/p+ Si 基板上形成 GeO₂ 薄膜，从而展现 FET 的运作 [3]。此外，在25年11月，也有通过对 TSSG 法培育的 r-GeO₂ 单晶进行磷离子布植，确认了 MOSFET 的运作。然而，使用有望实现大面积基板和高成本竞争力的异质磊晶薄膜来验证 MOSFET 运作，至今尚未有相关报告。 【成果】 此次，本公司充分运用迄今确立的成膜技术，成功验证了仅用 n 型 r-GeO₂ 即可制作的空乏型 MOSFET 之晶体管运作。 图1(a)与(b)显示了所制作的 r-GeO₂ MOSFET 的剖面示意图与光学显微镜影像。在 r-TiO₂ 基板上，利用掺杂杂质的 r-GeO₂ 薄膜形成电流阻断层，接着通过选择性生长于其上沉积掺锑（Sb）的 n 型信道层（厚度 160 nm）以及源极/汲极 n+ 层，借此制作出具备组件隔离结构且欧姆接触电阻降低的 MOSFET。此外，闸极绝缘层使用 SiO₂（膜厚 75 nm），电极则使用 Pt/Ti。在该组件结构中，通过施加负的闸极电压，使空乏层从闸极绝缘层正下方延伸，借由阻断汲极与源极之间的电流路径，即可将电流关闭。 图1：r-GeO₂ MOSFET 的 (a) 剖面示意图与 (b) 光学显微镜影像 所制作的 r-GeO₂ MOSFET 的 ID-VG 特性显示于图2(a)。汲极电流 ID 随闸极电压 VG 变化，其开/关比达 5 个数量级以上，确认了在负闸极电压下汲极电流会关闭的空乏型晶体管运作。在同图所示的磁滞测量中，伴随施加闸极电压所产生的特性波动被抑制在极小范围，这被认为是由于即使在制程条件尚未优化的情况下，仍形成了缺陷极少的闸极绝缘层接口。 此外，图2(b)中显示的 ID-VD 特（文章在此中断）