【会员论文】西安电子科技大学——通过改变阳极功函数控制 β-Ga₂O₃ 基二极管的电气和温度特性研究

        由西安电子科技大学的研究团队在学术期刊 Nanomaterials 发布了一篇名为 Study on Electrical and Temperature Characteristics of β-Ga₂O₃-Based Diodes Controlled by Varying Anode Work Function（通过改变阳极功函数控制 β-Ga₂O₃ 基二极管的电气和温度特性研究）的文章。

摘要

        本研究利用 Silvaco TCAD 仿真软件、器件制造和比较分析，系统地研究了不同功函数的阳极金属 (Ti/Au 和 Ni/Au) 对 β-Ga₂O₃ 基肖特基势垒二极管 (SBD)、结势垒肖特基二极管 (JBSD) 和 PN 二极管 (PND) 的电学和温度特性的影响。从输运特性的角度来看，观察到 SBD 具有更低的开启电压和更高的电流密度。值得注意的是，Ti/Au 阳极 SBD 的 V_on 仅为 0.2 V，是现有文献中记录的最低值。两种类型的 PND 的 V_on 和电流趋势几乎一致，证实了 Ti/Au 或 Ni/Au 与 NiO_x 之间的接触是欧姆接触。理论推导揭示了不同接触电阻和电流变化的基本原理。通过结合 SBD 和 PND，JBSD 的 V_on、电流密度和变化率介于 SBD 和 PND 之间。在温度特性方面，所有二极管都可以在 200 °C 下良好工作，电流密度和 V_on 随着温度升高而呈下降趋势。其中，Ni/Au 阳极的 PND 表现出最佳的热稳定性，V_on 和电流密度分别降低 8.20% 和 25.31%，而 Ti/Au 阳极的 SBD 表现最差，降低幅度分别为 98.56% 和 30.73%。最后，测试了所有六种器件的反向击穿 (BV) 特性。Ti/Au 和 Ni/Au 阳极的 PND 的平均 BV 值分别达到 1575 V 和 1550 V。此外，虽然 JBSD 的 V_on 降低到 0.24 V，但其平均 BV 约为 220 V。这项工作可以为 β-Ga₂O₃ 基二极管在高功率和低功耗系统中的未来应用提供宝贵的见解。

图 1. (a) 模拟二极管原型示意图。(b) 不同功函数阳极金属的导通电压和电流密度曲线。

图 2. (a) 样品 A 和 D 的示意图 (b) 样品 B 和 E 的示意图 (c) 样品 C 和 F 的示意图 (d) 样品 A 和 D 的横截面 SEM 图像 (e) 样品 B 和 E 的横截面 SEM 图像 (f) 样品 C 和 F 的横截面 SEM 图像。

DOI：

doi.org/10.3390/nano14242035