【国际论文】硅烷介导的掺硅κ-Ga₂O₃ 外延中的领域扩展及其对平面内电子传导的影响

        近期，由意大利帕尔马大学的研究团队在科学期刊《Advanced Functional Materials》中发表了一篇名为Silane-Mediated Expansion of Domains in Si-Doped κ-Ga₂O₃ Epitaxy and its Impact on the In-Plane Electronic Conduction（硅烷介导的掺硅 κ-Ga₂O₃ 外延中的领域扩展及其对平面内电子传导的影响）的文章。

内容摘要

        在c-面蓝宝石衬底上，无意掺杂的(001)取向正交晶系κ-Ga₂O₃外延薄膜的特征是存在约10nm宽的柱状旋转领域，这可能严重抑制平面电子传导。通过比较在良好定义的样品几何上的顺内外电阻，实验证明了顺内电阻率至少是外电阻率的十倍以上。在金属有机气相外延生长过程中引入硅烷不仅允许n型Si外离子掺杂，还导致领域尺寸（最大约300nm）和迁移率（最高µ约为10 cm2V⁻¹s⁻¹，相应的最低ρ≈0.2 Ωcm）的数量级增加。为了定性地比较κ-Ga₂O₃外延薄膜中的平均领域尺寸，展示了基于X射线衍射和拉曼光谱的无损实验程序。本研究结果为κ-Ga₂O₃中显著改善的面内传导和其在新一代电子学中的可能突破铺平了道路。这里提出的一套交叉链接的实验技术和相应的解释可适用于一系列受制于/受益于领域相关功能性质的材料系统。

图1. XRD a) 2θ-θ 扫描和 b) 用 10 sccm 硅烷通量在 c 平面蓝宝石上沉积的 (001) κ-Ga₂O₃ 层的φ扫描；b) 中的罗马数字 I、II、III 和各自的橙色、绿色和青色线条指的是三个 120° 旋转畴的计算位置和预期位置。c) (004) 峰的ω扫描（摇摆曲线）半最大全宽（FWHM）与φ_SiH4 的函数关系。c) 中的绿色箭头标出了已通过 TEM 进一步研究的样品。

图2. 室温下，a) 电阻率 ρ、b) 迁移率 µ 和 c) 电荷载流子密度 n，这些数据是从掺杂硅的κ-Ga₂O₃ 层的Pauw–Hall电学测量中提取的，是沉积过程中提供的 φ_SiH4 的函数。绿色箭头所指的样品已通过 TEM 进行了进一步研究。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202207821