JPhysD编辑优选：中科大龙世兵教授团队在氧化镓肖特基势垒调控方面取得新进展

图1 不同氧化铂电极的势垒高度和功函数

随着氧化铂电极厚度从3、6、9增加到12nm，器件的势垒高度也逐渐增大，这种变化趋势与电偶极子效应非常类似。观察发现，肖特基界面的氧化铂会结晶形成多晶，并且其中的铂离子和氧离子呈层状交替排列，离子层平行于氧化镓表面，如图2所示。

图2 肖特基界面处的氧化铂呈层状交替排列并有一定的取向性

这种离子层的交替排列，导致氧化铂多晶中存在电偶极子，影响到界面处载流子的跃迁，使得肖特基势垒升高，如图3所示。

图3 肖特基界面处的能带示意图

肖特基势垒的升高，有效降低了器件的反向漏电流，提高了器件的击穿电压，同时同一氧化镓衬底上器件的击穿电压分布也更为集中，如图4所示，说明势垒的升高增强了器件的均一性。

图4 不同肖特基电极的击穿电压统计结果

研究团队首次发现氧化铂多晶的电偶极子效应是导致肖特基势垒高度升高的原因，为提高肖特基势垒高度以及反向阻断能力提供新的思路。高势垒金半接触是高性能器件的基石，在此基础上研究团队设计了双势垒结构，利用高势垒的阻断能力折中了正向开启和反向特性（IEEE Electron Device Letters 42 (3), 430-433, 2021）。团队也对器件阻断性能的提升进行了统计分析，为后续器件性能的进一步提升提供了实验策略和理论支撑。

研究背景：

氧化镓作为新一代功率半导体材料，禁带宽带大、抗极端环境强，有望在未来功率器件领域发挥极其重要的作用。氧化镓材料具有较高的界面特性指数（接近1），纯金属肖特基电极的势垒高度值一般在1.3 eV以下，这会使得器件在高温环境中存在较大的反向漏电流。为了降低器件在反向阻断状态下的漏电流，并且提升器件在高温环境下的阻断能力，研究人员通过磁控溅射工艺沉积了氧化铂肖特基电极，该电极能够有效提升器件的势垒高度，但势垒高度升高背后的机理仍不明确，需要通过实验加以表征。同时，势垒高度升高对于器件阻断能力的改善需要统计分析，以验证氧化铂电极的应用潜力。因此本项研究的目的是明确氧化铂电极中势垒高度升高的原因，以及对势垒升高后器件的阻断性能进行统计分析。

徐光伟  特任副研究员

中国科学技术大学

• 徐光伟博士，中国科学技术大学特任副研究员，2012年，本科毕业于兰州大学；2017年，博士毕业于中国科学院微电子研究所；2017-2019年UCLA博后。主要研究方向是宽禁带半导体氧化镓功率电子器件制备，器件缺陷态测量，以及器件模型建立。在IEEE Electron Device Letter、IEEE Transactions on Electron Device、Applied Physics Letter、Advanced Functional Materials、ISPSD等国际期刊/会议上发表一作或通讯文章20余篇。