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量子点(QDs)具有窄线宽发射和可调带隙,因此在量子信息和光电子器件的开发中具有潜在价值1 – 3。尤其是胶体量子点(CQDs),它可以通过溶液处理获得,并用于光伏4 – 9、光发射10 – 14和光电检测15 – 20。上转换光电探测器将低能光子(例如红外线)转换为高能光子(例如可见光),用于红外成像(图1),而红外成像用于夜视、半导体晶圆检测、手势识别、三维成像和生物成像等应用21 – 25。然而,大多数红外光子上转换器件都是基于真空或高温沉积法22、24-33,这些方法与硅等电子材料不兼容,限制了它们在柔性电子产品中的使用。基于溶液处理材料的两端上转换光电探测器已经开发出来,但需要高开启电压并且光子对光子 (p-p) 效率低(低于 1.5%)30、34。在本文中,我们表明,通过设计电子传输层 (ETL) 可以创建两端溶液处理的红外上转换光电探测器,其总 p-p 效率为 6.5%,开启电压低至 2.5 V。我们的光电探测器的效率与外延生长半导体相当,与迄今为止报道的最高增益单片红外量子点上转换器相比,效率提高了五倍。此外,与之前的量子点上变频器相比,该器件的低开启电压降低了两倍以上。我们的器件由基于硫化铅 (PbS) QD 的光电探测器吸收层(红外)和基于硒化镉/硒化锌 (CdSe/ZnS) QD 的发光二极管 (LED) 层(可见光)堆叠而成(图 2a)。为了确保光电探测器层能够提供足够的光电流来驱动 LED 层,
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。
1 俄亥俄州立大学电气与计算机工程系,美国俄亥俄州哥伦布 43210。2 Lumileds LLC,美国加利福尼亚州圣何塞 95131。3 俄亥俄州立大学材料科学与工程系,美国俄亥俄州哥伦布 43210。*通讯作者:rahman.227@buckeyemail.osu.edu 摘要:我们展示了通过高效隧道结实现的低开启电压 P 向下绿光 LED。由于 (In,Ga)N/GaN 界面中的极化场排列具有 p 向下方向,与传统的 p 向上 LED 相比,电子和空穴注入的静电耗尽势垒降低了。具有 GaN 同质结隧道结的单个 (In,Ga)N/GaN 异质结构量子阱有源区在 20A/cm 2 时表现出非常低的 2.42V 正向工作电压,当电流密度高于 100 A/cm 2 时,峰值电致发光发射波长为 520 nm。底部隧道结具有最小的电压降,能够实现向底部 p-GaN 层的出色空穴注入。III 族氮化物半导体在光电子学和电子学 1-12 中的广泛应用具有重要的技术意义,并已广泛应用于照明和显示应用。虽然过去十年来,紫/蓝光发射波长范围内的 GaN 基发光二极管的效率和功率输出有了显着提高,但较长波长的发射器仍然表现出较低的效率。对于为更长波长设计的发射器,(In,Ga)N 量子阱中的铟摩尔分数会导致与更大的晶格失配、量子阱内的缺陷以及阱-势垒界面处更高的极化片电荷密度相关的挑战,所有这些都会导致器件性能下降。13-16
硅基氮化镓高电子迁移率晶体管 (HEMT) 以其低成本、大面积应用等优势在功率器件应用领域引起了广泛关注 [1]。近年来,双向开关在轧机、电梯、风力发电等许多工业双向功率转换应用中备受青睐。此外,常闭单向 HEMT 是实现高性能双向开关的重要器件 [2,3]。常闭单向 HEMT 通常通过在 HEMT 的漏极中嵌入肖特基势垒二极管 (SBD) 来实现。目前已经采用了氟注入或金属氧化物半导体技术。然而,在常闭单向 HEMT 中尚未见具有良好阈值电压 (V th ) 可控性和稳定性的 p-GaN 栅极技术 [4] 的报道。此外,凹陷式肖特基漏极[5]和场板技术[6]可以为实现具有小开启电压(V on )、高击穿电压(BV)和良好动态性能的单向HEMT提供相关参考。本研究通过实验证明了一种具有凹陷肖特基漏极和复合源漏场板的单向p-GaN HEMT(RS-FP-HEMT)。研究并揭示了漏极电压应力对动态性能的影响。实验。图1(a)和(b)分别显示了传统的带欧姆漏极的p-GaN HEMT(C-HEMT)和提出的RS-FP-HEMT的示意横截面结构。这两个器件都是在GaN-on-Si晶片上制造的。外延结构由 3.4 µ m 缓冲层、320 nm i-GaN 沟道层、0.7 nm AlN 中间层、15 nm Al 0.2 Ga 0.8 N 阻挡层和 75 nm p-GaN 层(Mg 掺杂浓度为 1 × 10 19 cm −3)组成。器件制造首先通过反应离子刻蚀 (RIE) 形成 p-GaN 栅极岛。然后,蒸发 Ti/Al/Ni/-Au 金属堆栈并在 N 2 环境中以 850 ◦C 退火 30 秒。形成凹陷的肖特基漏极