【国际论文】空穴扩散对 NiO/β-Ga₂O₃ 异质结少数陷阱探测和非理想行为的影响

        近日，由韩国世宗大学的研究团队在学术期刊《Applied Physics Letters》发布了一篇名为Hole diffusion effect on the minority trap detection and non-ideal behavior of NiO/β-Ga₂O₃ heterojunction（空穴扩散对 NiO/β-Ga₂O₃ 异质结少数陷阱探测和非理想行为的影响）的文章。

摘要

        通过在β-Ga₂O₃上溅射高度p-掺杂的NiO层，制备出NiO/β-Ga₂O₃异质结。与Ni/β-Ga₂O₃肖特基势垒二极管相比，该异质结显示出较低的漏电流和较高的导通电压（Von）。从NiO/β-Ga₂O₃异质结的正向电流-电压特性中提取的Von约为1.64 V，低于从电容-电压曲线获得的内置电位电压（Vbi）。为了解释这一差异，利用深能级瞬态光谱和拉普拉斯深能级瞬态光谱研究了β-Ga₂O₃薄膜中的多数和少数陷阱。在反向偏压-1 V下，在β-Ga₂O₃表面附近检测到一个少数陷阱，但在-4 V下没有观察到，表明它依赖于空穴注入密度。使用Silvaco TCAD，确定了从P+-NiO到β-Ga₂O₃的空穴扩散长度为0.15μm，在平衡态下随着正向电压的增加而增加。这一发现解释了为什么在大的反向偏压下没有检测到陷阱能级。此外，从NiO到β-Ga₂O₃的空穴扩散显著影响了β-Ga₂O₃表面的能带弯曲并影响了输运机制。值得注意的是，β-Ga₂O₃导带最小值（CBM）和NiO价带最大值（VBM）之间的能量差减小到1.60 eV，与提取的Von值非常接近。这证明了在正向偏置电压下，电子从β-Ga₂O₃的CBM直接隧穿到NiO的VBM是带间隧穿的主要方式。

图1. (a) Ni/β-Ga₂O₃ SBD 和 NiO/β-Ga₂O₃ HJ 器件示意图；(b) NiO/β-Ga₂O₃ HJ 的 SEM 图像；(c) NiO/β-Ga₂O₃ SBD 和 NiO/β-Ga₂O₃ HJ 的半对数 J-V 特性、 (d) 两个器件的 C-V 特性，小图为相关的 1/C2 与反向偏压曲线。