具有界面依赖光致发光的双层WS2/Ga2O3异质结的能带工程(英文)

利用垂直WS₂/Ga₂O₃异质结构中异质界面诱导了反常的光致发光(PL)发射。垂直堆栈的WS₂/Ga₂O₃异质界面使其形成了II型能带结构,导致与Ga₂O₃层接触的底层WS₂的PL强度下降。而异质界面的强耦合作用也影响了双层WS₂中的同质层间相互作用,使得上层WS₂出现反常的PL增强。这种堆栈新型二维异质结构为定制目标能带结构并控制其光子和电子行为提供一种新的手段。     

阳极刻蚀提升Ga2O3肖特基势垒二极管击穿特性

提出了一种采用阳极刻蚀提升Ga₂O₃肖特基势垒二极管(SBD)击穿特性的新方法。基于氢化物气相外延(HVPE)法生长的Ga₂O₃材料制备了Ga₂O₃纵向SBD。在完成阳极制备后，对阳极以外的Ga₂O₃漂移区进行了不同深度的刻蚀，刻蚀完成后，在器件表面生长了SiO₂介质层，随后制备了场板结构。测试结果显示，刻蚀后器件的比导通电阻小幅上升，而反向击穿电压均大幅提升。刻蚀深度为300 nm的β-Ga₂O₃ SBD具有最优特性，其比导通电阻(R_{on, sp})为2.5 mΩ·cm²,击穿电压(V_br)为1 410 V,功率品质因子(FOM)为795 MW/cm²。该研究为高性能Ga₂O₃ SBD的制备提供了一种新方法。     

氧化镓基肖特基势垒二极管的研究进展

Ga₂O₃是一种新型宽禁带半导体材料,禁带宽度约为4.8 eV,临界击穿电场理论上可高达8 MV/cm, Baliga优值超过3 000,因此在制作功率器件方面有很大的潜力。Ga₂O₃是继SiC和GaN之后制作高性能半导体器件的优选材料,近年来受到了广泛的关注。介绍了Ga₂O₃材料的基本物理性质,分析了Ga₂O₃基肖特基势垒二极管(SBD)的优势及存在的问题。重点从器件工艺、结构和边缘终端技术等角度评述了优化Ga₂O₃基SBD性能的方法,并对Ga₂O₃基SBD的进一步发展趋势进行了展望。     

氧化镓材料与功率器件的研究进展

氧化镓(Ga₂O₃)以其禁带宽度大、击穿场强高、抗辐射能力强等优势,有望成为未来半导体电力电子领域的主力军。相比于目前常见的宽禁带半导体SiC和GaN,Ga₂O₃的Baliga品质因数更大、预期生长成本更低,在高压、大功率、高效率、小体积电子器件方面更具潜力。对Ga₂O₃外延材料、功率二极管和功率晶体管的国内外最新研究进行了概括总结,展望了Ga₂O₃在未来的应用与发展前景。     

增强型β-Ga2O3/4H-SiC异质结VDMOS的设计与研究

由于β-Ga₂O₃材料难以形成P型掺杂，目前β-Ga₂O₃功率器件大多为无结耗尽型。为了解决β-Ga₂O₃器件难以形成增强型的问题，提出了一种具有β-Ga₂O₃/4H-SiC异质结的纵向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOS)。添加P型4H-SiC后，利用形成的PN结的单向导通性得到了正阈值电压，实现了增强型器件。使用Sentaurus TCAD仿真软件模拟了器件结构并研究了其电学特性，通过调节SiC厚度、SiC沟道浓度、外延层厚度和外延层浓度四个重要结构参数，对器件的功率品质因数进行优化设计。优化后的器件具有1.62 V的正阈值电压、39.29 mS/mm的跨导以及5.47 mΩ·cm²的比导通电阻。最重要的是器件的关态击穿电压达到了1838 V,功率品质因数高达617 MW/cm²。结果表明，该β-Ga₂O₃/...     

磁控溅射工作压强对β-Ga2O3薄膜特性的影响

作为新兴的第三代半导体材料,β-Ga₂O₃高质量薄膜是制备高效Ga₂O₃基器件的基础,β-Ga₂O₃薄膜的制备、表征及光电特性的研究具有深刻的意义。通过分析研究磁控溅射工作压强变化对薄膜性能和形貌的影响,为制备更高质量的薄膜提供了一种新的方法。基于射频磁控溅射方法,在单晶c面蓝宝石(Al₂O₃)衬底上沉积生长Ga₂O₃薄膜,并进行900℃、90min的氮气退火处理,以得到β-Ga₂O₃薄膜。沉积过程不改变其他实验参数,仅改变工作压强,研究工作压强对β-Ga₂O₃薄膜特性的影响。X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)表征结果显示,β-Ga₂O₃薄膜具有不同取向的衍射峰,沿着■晶向择优生长,薄膜呈多晶状态。适当增大工作压强可使β-Ga<...     

超宽禁带半导体α-Ga2O3肖特基二极管仿真研究

氧化镓(Ga₂O₃)作为一种新型的超宽禁带半导体材料,与目前常用的半导体材料SiC和GaN相比,具有更大的禁带宽度、更高的击穿场强等优良特性。设计了一种基于α-Ga₂O₃的垂直型肖特基二极管(SBD),采用场板终端结构降低阳极边缘电场强度,研究了不同绝缘材料下阳极附近的电场分布,并探讨了场板结构与长度对其击穿特性的影响。仿真结果表明,在选取HfO₂作为α-Ga₂O₃垂直型SBD场板结构的绝缘材料时,场板结构可以增大该器件的反向击穿电压,最大反向击穿电压可达约1 100 V,对于现实中制备α-Ga₂O₃ SBD具有非常重要的参考意义。     

Si/Mg/Fe掺杂β-Ga2O3单晶拉曼光谱表征及分析

β-Ga₂O₃单晶材料由于其优异的性能得到了广泛关注,但是对于其掺杂、能级、电学性能等方面的研究仍然比较欠缺。采用导模法分别制备了非故意掺杂β-Ga₂O₃单晶和Si/Mg/Fe掺杂的β-Ga₂O₃单晶,对样品进行了拉曼光谱测试和电学性能测试,研究不同掺杂元素对拉曼光谱的影响。对β-Ga₂O₃单晶的声子谱进行计算,并通过拉曼光谱测试进行了验证,对掺杂元素的取代位置进行了分析。结果表明,掺杂元素会对拉曼峰强度产生显著影响,Si、Mg、Fe均倾向于取代Ga_ⅡO₆八面体中心的Ga_Ⅱ原子。根据电学性能测试结果,Si掺杂会使β-Ga₂O₃单晶呈n型导电,Mg或Fe掺杂会使β-Ga₂O₃单晶呈半绝缘态。     

肖特基型β-Ga2O3日盲紫外光电探测器

本文制备并研究了肖特基型β-Ga₂O₃日盲紫外光电探测器.结果表明：通过脉冲激光沉积外延生长的β-Ga₂O₃的（-201）晶面 X射线衍射峰半高宽仅为36 arcsec,表现出了高的晶体质量;光暗条件下的I-V曲线显示所制备的器件具有明显的肖特基整流特性,在-5V偏压下暗电流保持在0.1nA量级,正向导通电压为1.5V;光电流谱显示器件在240nm处存在显著的峰值响应,并在260nm左右呈现陡峭的截止边,日盲紫外的带内带外抑制比达到1000.同时,也研究了不同掺杂对Ga₂O₃晶体质量的影响.     

自供能Bi2O2Se/TiO2异质结紫外探测器的制备与光电探测性能

采用一步水热法合成了不同质量分数的Bi₂O₂Se/TiO₂异质结构,对其进行了X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征,并基于Bi₂O₂Se/TiO₂异质结制备了紫外探测器。实验结果表明：在365 nm紫外光的照射下,Bi₂O₂Se的质量分数为60%时,Bi₂O₂Se/TiO₂异质结探测器的光电探测性能最好,光电流高于Bi₂O₂Se探测器,是TiO₂探测器的7倍;响应时间约为30 ms,是TiO₂探测器的1/6。Bi₂O₂Se/TiO₂异质结探测器的响应度和探测率分别为10^-3A/W、1.08×10⁷cm·Hz^1/2/W,均比...     

柔性HfO2/Ta2O5叠层栅介质ZnO薄膜晶体管

为了有效提高柔性薄膜晶体管的电学性能,室温条件下,在聚酰亚胺(PI)衬底上使用H_fO₂、Ta₂O₅两种高介电常数材料相结合的叠层结构代替单层Ta₂O₅作为栅电介质,探究其对器件电学性能的影响。采用磁控溅射法制备薄膜,研究了叠层栅电介质结构中Ta₂O₅层在不同溅射时长、不同氧氩比条件下对于器件电学性能的影响,并进行H_fO₂/Ta₂O₅叠层栅电介质器件与Ta₂O₅单层栅电介质器件的比较。结果表明,Ta₂O₅栅电介质层在溅射时长为1 h、氧氩比为10∶90时,器件电学性能达到最佳。叠层栅电介质结构的引入显著提高了器件电学性能,电流开关比为1.27×10⁶,阈值电压为9.1 V,亚阈值摆幅为0.54 V/decade,载流子迁...     

h-BN/Al2O3栅介质氢终端金刚石场效应晶体管

金刚石是实现高频大功率器件的理想候选材料,但是其较低的载流子迁移率制约了器件的性能,六方氮化硼(h-BN)作为氢终端金刚石场效应晶体管(FET)的栅介质材料有望提升金刚石材料的载流子迁移率。利用商业化大面积h-BN材料,制备了h-BN/Al₂O₃栅介质的氢终端金刚石FET,h-BN/Al₂O₃/氢终端金刚石材料的载流子迁移率得到提升,达到186 cm²/(V·s)。相较于Al₂O₃栅介质的金刚石FET,h-BN/Al₂O₃栅介质的金刚石FET最大饱和电流密度和最大跨导均得到提升,分别为141 mA/mm和9.7 mS/mm。通过电容-电压(C-V)测试计算了栅介质和金刚石间界面固定电荷密度和陷阱密度,h-BN/Al₂O₃栅介质的金刚石FET界面负固定电荷密度为5.4×10¹² cm^-2·eV^-1...     

CVD法制备的高结晶质量二维β-Ga2O3薄膜性质研究

为了能够得到高质量的薄膜,降低实验成本,通过化学气相沉积(CVD)方法以GaTe粉作为Ga源在云母衬底上合成了β-Ga₂O₃薄膜。通过改变生长温度、载气和生长时间得到高结晶质量的β-Ga₂O₃薄膜,并通过X射线衍射(XRD)和拉曼光谱进行证实。XRD结果显示,薄膜的最佳生长温度为750℃。对比不同载气下合成的β-Ga₂O₃薄膜可知,Ar气是生长薄膜材料的最佳环境。为了实现高结晶质量的β-Ga₂O₃薄膜,在Ar气环境下改变薄膜的生长时间,XRD结果发现,生长时间20 min的薄膜具有高结晶质量。最后,将其转移到300 nm厚氧化层的Si/SiO₂衬底上,并通过原子力显微镜测试,证实了16 nm厚的二维Ga₂O₃薄膜。     

二维Bi2O2Se光电特性及其光电子器件研究进展

二维(2D)材料由于其超薄的厚度、高度的机械柔性、可调谐的带隙以及易于定制的范德华异质结构,被广泛应用于通信、红外探测、航空航天以及生物医学等领域。其中2D Bi₂O₂Se作为一种新兴的二维层状材料,具有独特的晶体结构、优异的光电特性和良好的环境稳定性,是制备高性能红外光电子器件的优秀候选材料。本文综述了基于2D Bi₂O₂Se材料光电子器件的研究进展。首先,介绍了2D Bi₂O₂Se的晶体结构、能带结构及其光电特性。然后,详述了Bi₂O₂Se材料的常见制备方法,包括化学气相沉积法和水热合成法。此外,综述了Bi₂O₂Se材料在场效应晶体管、光电探测器和光开关领域的应用现状。最后,我们总结了全文,并对Bi₂O₂Se材料的发展进行了展望。     

导模法生长的β-Ga2O3单晶的位错腐蚀坑显露面

β-Ga₂O₃单晶作为高压大功率器件的衬底,其位错密度直接影响器件的漏电特性,位错腐蚀坑显露面与外延生长密切相关。β-Ga₂O₃单晶属于单斜晶系,对称性低,研究不同晶面位错腐蚀坑的形状与显露面难度较高。对采用导模(EFG)法生长的(001)、■和(010)面β-Ga₂O₃晶片进行腐蚀,采用扫描电子显微镜(SEM)观测腐蚀坑形貌,采用共聚焦激光扫描显微镜对显露面与表面晶面之间的夹角进行表征,根据测试结果可推算出腐蚀坑显露面晶面指数,为衬底和外延生长提供重要的参考依据。     

Preface to Special Issue on Towards High Performance Ga2O3 Electronics: Epitaxial Growth and Power Devices(Ⅰ)

<正>There is currently great optimism within the electronics community that gallium oxide(Ga₂O₃) ultra-wide bandgap semiconductors have unprecedented prospects for eventually revolutionizing a rich variety of power electronic applications. Specially, benefiting from its ultra-high bandgap of around 4.8 eV, it is expected that the emerging Ga₂O₃ technology would offer an exciting platform to deliver massively enhanced device performance for power e...     

α-Ga2O3基SBD场板结构与电流台阶的关联研究

作为典型的超宽禁带半导体，氧化镓(Ga₂O₃)逐渐以新型功率器件优选材料的身份成为研究热点。近年来它的亚稳态α相因具有相对最宽的带隙，且与蓝宝石、氮化镓相似的六角晶格而受到关注。研究了α-Ga₂O₃基肖特基二极管器件，在TCAD仿真结果中发现反向偏置的I-V特性中出现了电流台阶。通过调节可能影响电流台阶的主要因素：漂移区厚度、掺杂浓度和场板结构，发现击穿特性中的电流台阶随着漂移区厚度的增加而变长，但对掺杂浓度变化的依赖性较弱，解释了漂移区在反偏电场作用下的耗尽过程是电流台阶的产生机制。采用分段场板结构可以优化漂移区的电场分布并提高器件击穿电压，器件击穿的最大电场强度超过10 MV/cm。对电流台阶机制的分析结果有助于抑制器件泄漏电流，提高耐压范围。     

基于MIS电容器的Al2O3与In0.74Al0.26As的界面特性

采用In_0.74Al_0.26As/In_0.74Ga_0.26As/In_xAl_1-xAs异质结构多层半导体作为半导体层,制备了金属-绝缘体-半导体（MIS）电容器。其中,SiN_x和SiN_x/Al₂O₃分别作为MIS电容器的绝缘层。高分辨率透射电子显微镜和X射线光电子能谱的测试结果表明,与通过电感耦合等离子体化学气相沉积生长的SiN_x相比,通过原子层沉积生长的Al2_O3可以有效地抑制Al₂O₃和In_0.74Al_0.26As界面的In₂O₃的含量。根据MIS电容器的电容-电压测量结果,计算得到SiN_x/Al₂O₃/In...     

Preface to Special Issue on Towards High Performance Ga2O3 Electronics:Power Devices and DUV Optoelectronic Devices(Ⅱ)

<正>Gallium oxide(Ga₂O₃) has garnered world-wide attention as an ultrawide-bandgap semiconductor material from the area of power electronics and DUV optical devices benefiting from its outstanding electronic and optoelectronic properties. For one thing, since Ga₂O₃ features high critical breakdown field of 8 MV/cm and Baliga’s figure of merit(BFOM) of 3444, it is a promising candidate for advanced high-power applications. For another thing,     

原子层沉积方法制备低温多层Al2O3/TiO2复合封装薄膜的研究

原子层沉积(ALD)方法可以制备出高质量薄膜,被认为是可应用于柔性有机电致发光器件(OLED)最有发展前景的薄膜封装技术之一。本文采用原子层沉积(ALD)技术,在低温(80℃)下,研究了Al₂O₃及TiO₂薄膜的生长规律,通过钙膜水汽透过率(WVTR)、薄膜接触角测试等手段,研究了不同堆叠结构的多层Al₂O₃/TiO₂复合封装薄膜的水汽阻隔特性,其中5 nm/5 nm×8 dyads(重复堆叠次数)的Al₂O₃/TiO₂叠层结构薄膜的WVTR达到2.1×10^-5 g/m²/day。采用优化后的Al₂O₃/TiO₂叠层结构薄膜对OLED器件进行封装,实验发现封装后的OLED器件在高温高湿条件下展现了较好的寿命特性。