【国内论文】福州大学朱敏敏教授团队：垂直β-Ga₂O₃肖特基势垒二极管的理论分析，采用p-NiO场限制环以实现高P-FOM性能

        由福州大学朱敏敏教授团队在学术期刊 IEEE Journal of the Electron Devices Society 发布了一篇名为 Theoretical Analysis of Vertical β-Ga₂O₃ Schottky Barrier Diodes With p-NiO Field Limiting Rings for High P-FOM Performance（垂直 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管的理论分析，采用 p-NiO 场限制环以实现高 P-FOM 性能）的文章。

        本研究得到福建省科技计划项目基金（No.2022I0006）、福建省教育厅青年中青年教师教育研究项目基金（No.JAT220026）以及福建省科技重大项目基金（No.2022HZ027006）的支持。 

        近年来，基于 β-Ga₂O₃ 的功率器件得到了广泛研究，因为它具有 4.5-4.9 eV 的宽禁带和 8 MV/cm的估计高临界击穿电场，以及高达 3000 的巴利加优值(BFOM=ɛμEC³)，这优于 GaN 或 SiC 等其他宽禁带材料。然而，由于缺乏 p 型 β-Ga₂O₃，限制了基于 β-Ga₂O₃ 的功率器件的性能。为了获得更好的性能，提出了带有边缘终止结构的 β-Ga₂O₃ SBD。

        近年来，基于 Ga₂O₃ 的功率器件受到了广泛研究。由于缺乏 p 型 Ga₂O₃，基于 Ga₂O₃ 的功率器件性能受到较大限制。为了获得更好的性能，提出了许多具有边缘终止（ET）的 Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管（SBD）。在本研究中，将 p-NiO 场限环（FLRs）引入 Ga₂O₃ SBD，以提升功率性能指标（P-FOM）并简化当前高性能边缘终止结构的制造工艺复杂性。FLRs 的植入可削弱峰值电场强度并水平方向扩展耗尽区。通过 TCAD 仿真进一步探索器件某些参数对器件性能的影响，带 FLRs 的 SBD 的击穿电压（BV）/特定导通电阻（R_on,sp）可达 5340 V/3.748 mΩ·cm²，且 P-FOM = BV²/R_on,sp 可达 7. 61 GW/cm²，并实现了0.9 V的导通电压（V_on）。与具有近似 P-FOM 值的器件相比，本文提出的 Ga₂O₃ SBD与 p-NiO FLRs 的制造工艺相对简单。这种具有 FLRs 的 Ga₂O₃ SBD在未来高功率应用中具有巨大潜力。

        ● 首次提出在 β−Ga₂O₃ SBD 中引入 p-NiO FLRs，以提高 P-FOM 并降低高性能边缘终止结构制造工艺的复杂性。

        ● 植入 FLR 从而削弱峰值电场强度并沿水平方向扩展耗尽区，从而改善器件的击穿特性 。

        ● 与具有近似 P-FOM 值的器件相比，所提出的带有 p-NiO FLRs 的 β−Ga₂O₃ SBD 的制造工艺相对简单 。

        本研究提出了一种采用 p 型 NiO 功能层（FLRs）的SBD结构，以提升现有 SBD 的 P-FOM 性能。通过分析发现，在 NiO/Ga₂O₃ SBD 中，击穿电压对掺杂浓度、NiO 厚度、FLRs 的间距和数量以及间距模式等参数具有显著依赖性。最终实现了 BV/R_on,sp 为 5340 V/3.748 mΩ·cm²，以及 P-FOM 为 7.61 GW/cm² 的性能。该器件优异的 P-FOM 性能表明，在 Ga₂O₃ 功率电子器件中引入 p-NiO 具有巨大潜力。

图1. (a) 3D和(b) 2D截面示意图，展示了带FLR的SBD结构。

图2. 垂直 NiO/β-Ga₂O₃ HJD 的（a）正向 J-V 特性和（b）反向 J-V 特性的截面示意图。图（a）中的插图显示了垂直 NiO/β-Ga₂O₃ HJD 在反向偏压为 0.94 kV 时的二维电场分布。(c) 该 HJD 在 100 kHz 频率下测得的 C-V 特性曲线及 1/C²-V 特性曲线。

DOI：

doi.org/10.1109/JEDS.2025.3571053