𝛽 -Gallium氧化物(𝛽 -GA 2 O 3)对电子应用显示了巨大的希望,特别是在未来的空间操作设备中,长时间暴露于严酷的辐射环境中。这项研究的重点是这种材料中辐射损伤的关键,但尚未完全探讨,例如阈值位移能和各种辐射诱导的Frenkel Pairs的形成。根据我们的机器学习势分析超过5,000个分子动力学模拟,我们得出的结论是,两个GA位点的阈值位移能量,四面体(22.9 eV)和八面体(20 eV)(20 eV),差异比三个不同的O位点(在17 ev之间)的值强,而在17 ev和17.4 ev之间仅相同。阈值位移能量的映射揭示了所有五个原子位点的位移的显着差异。我们新开发的缺陷识别方法成功地将多个Frenkel对类型分类为𝛽 -GA 2 O 3,在O1位点具有超过十个不同的GA和两个主要O的O型ga和两个主要O的O型O型O分裂。最后,计算出的重组能屏障表明,fenkel对比GA更可能重新组合。这些见解对于理解GA 2 O 3中的辐射损伤和缺陷的形成至关重要,为GA 2 O 3基于具有较高辐射电阻的基于GA 2 O 3的电子产品的设计提供了基础。
在过去的十几年中,β-Ga 2 O 3 器件特别是肖特基势垒二极管(SBD)发展迅速,性能得到显著提高,目前已接近SiC和GaN的性能[7−12]。目前大面积器件的研究主要集中在与边缘终端的结合[13−16],用于大电流应用的基线器件或称无终端SBD很少研究。我们最近的工作表明,通过界面工程可以大大提高小面积SBD的性能[11],这为大面积器件的发展带来了机会。具有无终端的高性能SBD或许更能体现Ga 2 O 3 SBD的应用潜力。总之,Ga 2 O 3 SBD的应用更为成熟,其应用潜力有待进一步论证。
摘要 III 族氮化物和β 相氧化镓(β -Ga 2 O 3 )是目前研究较为深入的两种用于电力电子的宽带隙半导体材料。由于两种材料体系之间的晶格失配度相对较小,且可以利用体相 AlN、GaN 和β -Ga 2 O 3 衬底,因此已经实现了在β -Ga 2 O 3 上外延生长 III 族氮化物或反之亦然。然而,将两种材料体系集成在一起来设计功率器件仍然缺乏。本文数值研究了 AlN/β -Ga 2 O 3 异质结构,利用极化诱导掺杂来实现高性能增强型晶体管。受 AlN/β -Ga 2 O 3 界面极化效应的影响,沟道中的二维电子气浓度最高可达 8.1 × 10 19 cm −3。在沟道顶部引入p-GaN栅极,最终实现了具有可调正阈值电压的常关型AlN/β-Ga 2 O 3场效应晶体管。此外,我们插入了非故意掺杂的GaN背阻挡层以抑制漏极漏电流。最后,为了实现高性能III族氮化物/Ga 2 O 3基功率器件,我们进一步研究和分析了具有不同结构参数的器件的传输和输出特性。
摘要:金属与其导电通道之间的有效欧姆接触是开发高性能Ga 2 O 3 基晶体管的关键步骤。与块体材料不同,退火过程中多余的热能会破坏低维材料本身。考虑到热预算问题,提出了一种可行且温和的解决方案(即含氩气的等离子体处理)来实现与(100)β-Ga 2 O 3 纳米片的有效欧姆结。首次用X射线光电子能谱比较研究了四种等离子体处理(即混合气体SF 6 /Ar,SF 6 /O 2 /Ar,SF 6 /O 2 和Ar)对(100)β-Ga 2 O 3 晶体的影响。通过最佳等离子体预处理(即氩等离子体,100 W,60 s),所得的 β -Ga 2 O 3 纳米片场效应晶体管(FET)无需任何后退火即可表现出有效的欧姆接触(即接触电阻 RC 为 104 Ω·mm),从而可获得具有竞争力的器件性能,例如高电流开/关比(> 10 7 )、低亚阈值摆幅( SS ,249 mV/dec)和可接受的场效应迁移率( µ eff ,~21.73 cm 2 V − 1 s − 1 )。通过使用重掺杂的 β -Ga 2 O 3 晶体(N e ,~10 20 cm − 3 )进行氩等离子体处理,接触电阻 RC 可进一步降低至 5.2 Ω·mm。这项工作为增强低维Ga2O3基晶体管的欧姆接触性能开辟了新的机会,并可进一步使其他基于氧化物的纳米器件受益。
并取得了令人瞩目的成果[7−11]。为了最大限度地减少β-Ga2O3 MOSFET的SHE,已经提出了一些建设性的方法[12,13],例如离子切割技术[14]、转移到异质衬底[15,16]和结构设计[17]。新的测量方法已经被用来表征β-Ga2O3 MOSFET的瞬态温度分布[18]。关于β-Ga2O3基MOSFET的大部分报道都集中在追求高PFOM和探索新的结构,然而实际应用中需要大面积结构来维持高的通态电流。对于大面积结构,由于表面积与体积比较小,SHE会比小器件更严重,值得研究。制备高性能大面积β-Ga2O3晶体管的主要挑战是材料生长的不均匀性和工艺流程的不稳定。有报道称,多指β-Ga2O3 MOSFET能够提供300 V的开关瞬变,电压斜率高达65 V/ns [19],显示出巨大的潜力。尽管如此,电
摘要:本文设计了高性能NiO/β-Ga 2 O 3 垂直异质结二极管(HJD),其具有由两层不同长度的p型NiO层组成的双层结终端扩展(DL-JTE)。底部的60 nm p-NiO层完全覆盖β-Ga 2 O 3 晶片,而上部60 nm p-NiO层的几何形状比方形阳极电极大10 μm。与单层JTE相比,双层JTE结构有效抑制了电场集中,使击穿电压从2020 V提高到2830 V。此外,双p型NiO层允许更多空穴进入Ga 2 O 3 漂移层,降低了漂移电阻,比导通电阻从1.93 mΩ·cm 2 降低到1.34 mΩ·cm 2 。采用DL-JTE结构的器件功率因数(PFOM)达到5.98 GW/cm 2 ,是传统单层JTE结构的2.8倍。这些结果表明,双层JTE结构为制备高性能Ga 2 O 3 HJDs提供了一种可行的方法。
摘要 首次展示了通过剥离技术在 SiO 2 / Si 衬底上制备的纳米膜三栅极 β -氧化镓 ( β -Ga 2 O 3 ) 场效应晶体管 ( FET )。通过采用电子束光刻技术,可以定义最小尺寸特征,覆盖通道宽度为 50 纳米。为了在 β -Ga 2 O 3 和栅极电介质之间获得高质量的界面,利用原子层沉积的 15 纳米厚的氧化铝 ( Al 2 O 3 ) 和三甲基铝 ( TMA ) 自清洁表面处理。制备的器件表现出极低的亚阈值斜率 ( SS ),为 61 mV dec − 1 ,高的漏极电流 ( I DS ) 开/关比为 1.5 × 10 9 ,以及可忽略不计的传输特性滞后。我们还通过实验证明了这些器件的稳健性,在高达 400°C 的温度下测量了电流-电压(I-V)特性。
摘要——我们通过实验证明了蓝宝石衬底上工作温度高达 400 ◦ C 的坚固的 β-氧化镓 (β-Ga 2 O 3) 铁电 (FE) 场效应晶体管 (FeFET)。原子层沉积 (ALD) Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 [氧化铪锆 (HZO)] 用作 FE 电介质。研究了 HZO/β-Ga 2 O 3 FeFET 在高温下的突触行为应用。这些器件表现出可区分的极化切换操作,输出电导由 FE 门上的输入脉冲数准线性控制。在模拟中,使用带有简单的两层多层感知器 (MLP) 网络的修改后的国家标准与技术研究所 (MNIST) 数据集,片上学习准确率在高温下达到 94%。这些超宽带隙半
作者的完整列表:Polyakov,Alexander; Chonbuk国立大学,Vasilev,a。;国立科学技术大学Misis,Kochkova,Anastasia;国立科学技术大学伊万·史密斯罗夫(Isis Schemerov);国立科学技术大学“ MISIS”,新材料和纳米技术系Yakimov,Evgeniy;微电子技术和高纯度材料Miakonkikh,Andrew; Ras Chernykh的Valiev物理与技术研究所,A。;国立科学技术大学Misis,Lagov,Peter;国立科学技术大学“ MISIS”,尤里高级太阳能帕夫洛夫实验室;弗鲁姆金物理化学与电化学研究所RAS,辐射技术实验室Doroshkevich,A。; Isaev,r;核研究所联合研究所;罗曼诺夫联合研究所,安德烈;国立科学技术大学Misis,Alexanyan,L;国立科学技术大学“ MISIS”,n高级太阳能Matros的实验室;亚历山大国立科学技术大学Misis Azarov;奥斯陆大学物理学系Kuznetsov,Andrej;奥斯陆大学,史蒂芬物理学系; Univ.Florida,MSE
基于β-氧化镓(b-Ga2O3)的半导体异质结最近已展示出在高压和高温下的改进性能,因此有望应用于电力电子设备和恶劣环境传感器。然而,这些超宽带隙(UWBG)半导体器件的长期可靠性问题仍未得到解决,并且可能受到 p – n 异质结界面化学反应的强烈影响。在这里,我们通过实验演示了操作并评估了 Cr2O3:Mg/b-Ga2O3 p – n 异质结二极管在 600C 下长期运行期间以及在 25 至 550C 之间重复 30 次循环后的可靠性。计算出的 Ga-Cr-O 材料系统的 pO2 -温度相稳定性图预测 Ga2O3 和 Cr2O3 在很宽的氧气压力和工作温度范围内在相互接触时应该保持热力学稳定。制备的 Cr 2 O 3 :Mg/b-Ga 2 O 3 p-n 异质结二极管在 6 5 V 时显示室温开/关比 > 10 4 ,击穿电压 (V Br ) 为 390 V 。漏电流随温度升高而增大,直至 600 C,这归因于 Poole-Frenkel 发射,其陷阱势垒高度为 0.19 eV。在 600 C 下进行 140 小时的热浸泡后,器件的开启电压和导通电阻分别从 1.08 V 和 5.34 m X cm 2 增加到 1.59 V 和 7.1 m X cm 2 。从飞行时间二次离子质谱分析观察到,这种增加归因于 Mg 和 MgO 在 Cr 2 O 3 /Ga 2 O 3 界面处的积累。这些发现为未来适用于恶劣环境的 UWBG 半导体器件的设计策略提供了指导,并强调了对 b -Ga 2 O 3 基器件进行进一步可靠性评估的必要性。
