【国际论文】锡掺杂 β-Ga₂O₃ 光晶体管中常关操作的沟道厚度和掺杂浓度的影响

        近期，由韩国航空大学的研究团队在学术期刊Sensors发布了一篇名为Impact of Channel Thickness and Doping Concentration for Normally-Off Operation in Sn-Doped β-Ga₂O₃ Phototransistors（锡掺杂 β-Ga₂O₃ 光晶体管中常关操作的沟道厚度和掺杂浓度的影响）的文章。

摘要 

        我们展示了锡掺杂单斜氧化镓（β-Ga₂O₃）基深紫外（DUV）光点晶体管，具有高面积覆盖率和制造效率。其阈值电压（V_T）根据β-Ga₂O₃通道厚度和掺杂浓度在负值和正值之间切换。通道耗尽和在制造过程中的镓扩散显著影响了器件特性，且通过计算机辅助设计（TCAD）仿真验证了该影响，与实验结果一致。在厚度<10 nm的通道中，我们实现了增强型（e-mode）操作，使得在完全耗尽平衡状态下零栅极电压（V_G）即可实现低暗电流（1.84 pA）。β-Ga₂O₃薄层的量子限域效应通过拓宽带隙增强了紫外检测能力（可探测到210 nm），相比于体材料，尺寸限制的光吸收减少了电子-声子相互作用和声子散射，从而提高了光响应速度。减少β-Ga₂O₃通道厚度降低了V_T和V_G，提升了功率效率、暗电流及在黑暗和光照条件下的光暗电流比。这些结果为定制化Ga₂O₃基深紫外光晶体管的制造提供了指导。

图 1：（a）掺锡多晶  β-Ga₂O₃ 深紫外（DUV）光电晶体管的示意图和光学显微照片；（b）横截面透射电子显微镜（TEM）图像及其快速傅立叶变换（FFT）图。(c) 根据厚度为 100 nm 的 Ga₂O₃ 的结晶退火温度和锡掺杂情况得出的 X 射线衍射 (XRD) 分析结果。(d) 根据是否掺杂厚度为 100、50 和 8 nm的 β- Ga₂O₃  薄膜得出的透射率和 (e) Tauc plot曲线图。

图 2. (a) β-Ga₂O₃ 沟道厚度为 100、50、15、10 、8 nm时制造的掺锡 β-Ga₂O₃ 光晶体管的传输曲线。(b）最佳玻璃自旋掺杂（SOG）浓度和相应的 V_T 随 β-Ga₂O₃ 沟道厚度的变化。每种厚度（c）100 和 50 nm，（d）15、10 和 8 nm的跨导。每个数据点均根据（a）中的曲线计算得出。(e) 100 nm恒定厚度和不同 SOG 掺杂浓度下的传导曲线变化。(f) 25 mM，(g) 21.875 mM，SOG 掺杂浓度不变，厚度在 100 nm和 50 nm变化时的转移曲线变化。(h) SOG 掺杂浓度恒定为 18.75 mM，厚度分别为 100、50、15 和10 nm时的转移曲线。

DOI：

https://doi.org/10.3390/s24175822