【器件论文】最大限度降低用于高性能功率器件的 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管中的陷落电荷密度的界面工程技术

        近日，由印度理工学院罗帕尔分校的研究团队在学术期刊 Materials Today Physics 发布了一篇名为 Interface Engineering for Minimizing Trapped Charge Density in β-Ga₂O₃ Schottky Barrier Diodes for High-Performance Power Devices（最大限度降低用于高性能功率器件的 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管中的陷落电荷密度的界面工程技术）的文章。

摘要

        氧化镓 (Ga₂O₃) 具有超宽带隙和高击穿电压，已成为下一代功率器件的领先候选材料。功率器件的性能和 Baliga 性能系数关键取决于金属与超宽带隙材料的肖特基接触所承受的击穿电压。然而，由于 Ga₂O₃ 中存在表面缺陷和金属诱导的中隙缺陷态，与 Ga₂O₃ 的高质量肖特基接触是一项重大挑战。本项研究中，研究了金属 Ni 和 β-Ga₂O₃ 薄膜之间界面的电学性质和缺陷。此外，在 β-Ga₂O₃ 上沉积了 20 nm 的具有不同氧含量的 MgO 薄膜，并使用射频磁控溅射制备了 Ni/MgO/β-Ga₂O₃ 金属-绝缘体-半导体肖特基二极管。采用频率依赖的C-V特性和表面敏感的XPS深度剖面来研究 Ni/Ga₂O₃ 和 Ni/MgO/Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管的界面。我们的结果表明，在合成过程中 MgO 薄膜中含有 66% O₂ 的 Ni/MgO/Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管的势垒高度为 0.87 eV。随后在 Ar 环境中于 300 ºC 退火 30 分钟，将势垒高度提高到 1.1 eV。此外，退火后获得了 11.65 mΩ·cm² 的更低导通电阻和 0.3 V 的更低导通电压。频率依赖的 C-V 特性结果显示，退火样品的电容没有色散，这表明界面缺陷密度 (Διτ) 和介电层 (MgO) 中的氧化物电荷密度 (N_f) 被钝化。对于具有最高势垒高度 (1.1 eV) 的样品，获得的 D_it 和 N_f 的最小值分别为 5.41 × 10¹¹ /eV/cm² 和 2.91 × 10¹⁰ /cm³。这项研究为 Ga₂O₃ 在功率电子器件中的广泛应用奠定了坚实的基础，强调了界面工程的重要作用。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2024.101605