美国研究人员声称首款耐压4kV以上的β-Ga2O3横向金属半导体场效应晶体管（MESFET）超过了硅基器件的理论单极性品质因数（FOM）[ArkkaBhattacharyya等人，Appl.Phys.Express，v15，p，]。

来自犹他大学，布法罗大学，AgnitronTechnologyInc和加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）的团队也表示，迄今为止，这些器件展示出最高的最大漏极电流（IDMAX）和最低导通电阻（Ron）同时β-Ga2O3器件击穿电压（Vbr）大于4kV。4.6-4.9eV超宽带隙β-Ga2O3意味着高击穿能力，具有实现下一代节能高压功率器件的潜力。目前已经实现了高达8kV的击穿电压，但实用的器件需要低导通电阻才能提高效率。

nmβ-Ga2O3层生长在铁掺杂的本体基质上，取向为（）。研究人员使用Agnitron的Agilis金属-有机气相外延（MOVPE）设备与三乙基镓和氧前体生成材质。硅烷（SiH4）是n型硅掺杂的来源。

图1：（a）β-Ga2O3MESFET3D横截面示意图展示了FP设计。（b）栅极FP金属电连接到台面外部的栅极垫和（c）沿x-z平面的2D横截面示意图。

台面和凹陷接触区采用六氟化硫（SF6）/氩气感应耦合等离子体反应离子刻蚀（ICP-RIE）–见图1。台面高度为nm，这意味着蚀刻继续进入基板。欧姆接触区由高度掺杂的n-β-Ga2O3在凹陷区域重新生长。

MESFET由退火钛/金/镍欧姆源极/漏极触点和镍/金/镍肖特基栅极组成。钛/金/镍栅极场板（FP）与栅极金属绝缘，采用nm等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氮化硅（SiN）x).栅极和FP之间的电气连接远离器件台面。FP制造旨在避免活性区域中与等离子体相关的损伤。器件台面最终用50nm氮化硅和50nm二氧化硅的组合钝化。器件的栅极长度为2.4μm，栅源间距为1μm。

霍尔测量得出的沟道电荷载流子密度和迁移率为5.7xcm2和分别为95cm2/V-s。相应的薄片电阻为11.7kΩ/cm2。栅极-漏极距离为34.5μm器件中的最大导通电流（Lgd），3.2μmFP在2V栅极电位下为56mA/mm。导通电阻为Ω-mm。该器件在-13V栅极电压下快速关断。通/断电流比大于，最大跨导为6.2mS/mm，亚阈值摆幅为mV/十倍频程。

在浸没在FC-40氟惰性介电液体中的器件中探索了击穿特性。击穿电压，当器件在-20V栅极电位关闭时，漏栅电位差为V。当Lgd增加到44.5μm（3.5μmFP）时，漏栅电位差增加至V。在灾难性击穿之前，泄漏电流在10-nA/mm的范围内变化。

研究人员将故障性能的提高归因于为最大限度地减少反向泄漏而采取的步骤。该团队评论说：“在外层生长之前进行长时间的HF衬底清洁有助于抑制外延层/衬底界面处的寄生通道，该通道被认为来自衬底抛光或环境暴露的残留硅杂质。他们还认为，深入基板的台面蚀刻消除了器件台面周围的边缘泄漏路径。

Lgd小于10μm器件的平均击穿场强（Vbr/Lgd）约2.5MV/厘米。Lgd超过10μm以上时击穿电压Vbr逐渐趋近最高值4.5kV。在仿真的基础上，研究人员认为Lgd低于10μm器件的电场分布采punchthrough形式，击穿时非零电场在漏极处。加长Lgd可导致nonpunchthrough电场分布。仿真还引发了对氮化硅层FP边缘处峰值电场的担忧：“介电泄漏/击穿也可能限制Vbr并导致Vbr的饱和。"。该团队建议，通过使用具有高相对直流介电介电常数（ε）和临界电场的材料来提高介电性能。

对于Lgd为34.5μm的器件Vbr2/Ron,sp功率品质因数（PFOM）达到MW/cm2。根据Lgd和源极/漏极触点的传输长度（每个0.6μm）对导通电阻进行标幺化处理。可以看到较长的44.5μmLgd导致了PFOM降低为96MW/cm2.

图2：根据最新β-Ga2O3MESFET数据与文献报告Ron,sp-Vbr分布绘制如上图。绿色数据表示团队以前的工作。

在评论对比其它报告的基准测试（图2）时，研究人员写道：“可以看出，这里报告的器件是第一个4kV级β-Ga2O3FET器件，超过硅单极性器件的理论FOM。此外，我们报告的Ron，sp是所有击穿电压超过4kV的β-Ga2O3场效应管中最低的。