【国际论文】利用 EGaIn 在 β-Ga₂O₃ 上实现多功能接触工程用于肖特基二极管和 MESFET 应用

        由韩国仁荷大学的研究团队在学术期刊 Advanced Electronic Materials 发布了一篇名为 Versatile Contact Engineering on β-Ga₂O₃ Using EGaIn for Schottky Diodes and MESFET Applications（利用 EGaIn 在 β-Ga₂O₃ 上实现多功能接触工程用于肖特基二极管和 MESFET 应用）的文章。

        氧化镓（Ga₂O₃）是一种广为人知的多晶型材料，具有α、β、γ、δ 和 ε 五种晶体相。其中 β 型氧化镓（β-Ga₂O₃）作为超宽禁带（UWB，4.8 eV）半导体，因其卓越的电学与光学特性，在 5G 及人工智能等未来电子技术领域展现出极具前景的 n 型活性通道材料潜力。基于上述优势，众多研究者聚焦 β-Ga₂O₃ 以实现高压高温下的更高功率效率，并减少能源浪费以达成零碳排放目标。然而研究表明，基于传统薄膜技术的金属沉积与剥离工艺难以在 β-Ga₂O₃ 表面形成理想欧姆接触。为解决此问题，需通过等离子体刻蚀及后热处理工艺才能在 β-Ga₂O₃ 上获得优良的欧姆接触特性。因为这些附加工艺可能产生氧空位（V_O），而生成的 V_O 通过增加 β-Ga₂O₃ 沟道表面的电子浓度发挥供体作用（提供电子）。由此产生的电子掺杂效应，使 β-Ga₂O₃ 与沉积金属电极的界面获得优良的欧姆接触特性。

        β-氧化镓（β-Ga₂O₃）作为一种极具前景的超宽禁带 n 型半导体，在 5G 和人工智能技术领域的大面积电路集成和高功率器件应用中前景广阔。然而，采用传统金属化方法在 β-Ga₂O₃ 上形成欧姆接触存在关键问题。本研究成功展示了在 β-Ga₂O₃ 活性通道材料上采用共晶镓铟（EGaIn）液态金属制备欧姆接触电极的低温制造策略，适用于肖特基二极管电路和金属半导体场效应晶体管（MESFET）应用。通过选择性丝网印刷欧姆接触和整流接触，能够实现对称和非对称器件架构的单片集成，包括源/漏电极、肖特基二极管和场效应晶体管，无需额外的后热退火和蚀刻工艺。β-Ga₂O₃/Au 肖特基二极管表现出良好的整流特性，电流开/关比为 10⁷，理想因子（η）为 1.63，而 MESFET 器件则展现出约 3.1×10⁶ 的漏极电流开/关比。

        本研究采用基于扩散过程的选择性丝网印刷技术，针对肖特基二极管电路和金属氧化物半导体场效应晶体管（MESFET）等先进电子器件，深入探究了 β-Ga₂O₃ 活性通道材料与镓基液态金属 EGaIn 的欧姆接触特性。此外，相较于传统工艺，该选择性丝网印刷技术可在低温条件下实现 β-Ga₂O₃ 活性通道上 EGaIn 电极的无损伤简易制备。β-Ga₂O₃/Au 肖特基接触展现出优异的二极管性能：导通电压 1.18 eV，开关比达 10⁷，理想因子为 1.63；而 β-Ga₂O₃ 金属氧化物半导体场效应晶体管器件则呈现出 3.1×10⁶ 的ID开关比及 71 mV dec^-1 的开关速率。由此可得出结论：EGaIn 电极是基于 β-Ga₂O₃ 活性沟道制造高性能器件及集成电路应用的理想候选材料。研究团队认为，EGaIn 图案化工艺将成为未来基于 β-Ga₂O₃ 沟道的大面积电路与功率器件，以及柔性器件应用领域的重要关键技术。

图1．采用光刻与剥离工艺制备 EGaIn 导电/绝缘电极的示意设计（斜视图与截面图）及制造流程。a) 旋涂光刻胶与低阻抗层后的示意图。b) β-Ga₂O₃ 缓冲层经金溅射后的示意图。c) 采用 PDMS 刷制备 EGaIn 的示意图。d) EGaIn 随时间逐渐扩散至金层的示意图。e) 丙酮剥离工艺后的示意图。

图2．a) β-Ga₂O₃、Au、Au-EGaIn（结前）的能带图。b) β-Ga₂O₃/Au 肖特基接触的能带图。c) β-Ga₂O₃、Au-EGaIn（结前）的能带图。d) Au-EGaIn/β-Ga₂O₃ 欧姆接触能带图。e) β-Ga₂O₃ 沟道对称器件的扫描共振显微镜图像，f) β-Ga₂O₃/Au 肖特基接触（虚线）与 Au-EGaIn/β-Ga₂O₃ 欧姆接触（实线）器件的 I-V 特性曲线。

DOI：

doi.org/10.1002/aelm.202500332