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MOCVD生长的外延层掺杂氧化镓场效应晶体管
1
作者 郁鑫鑫 沈睿 +11 位作者 于含 张钊 赛青林 陈端阳 杨珍妮 谯兵 周立坤 李忠辉 董鑫 张洪良 齐红基 陈堂胜 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期312-318,共7页
本文基于Ga_(2)O_(3)MOCVD外延材料,开展了Ga_(2)O_(3)场效应晶体管的研制和性能研究。为了降低器件的导通电阻,优化了外延层设计,将掺杂浓度提高至1×10^(18) cm^(-3)以上。通过长沟道器件提取的外延层的电子浓度和场效应迁移率分... 本文基于Ga_(2)O_(3)MOCVD外延材料,开展了Ga_(2)O_(3)场效应晶体管的研制和性能研究。为了降低器件的导通电阻,优化了外延层设计,将掺杂浓度提高至1×10^(18) cm^(-3)以上。通过长沟道器件提取的外延层的电子浓度和场效应迁移率分别为2×10^(18) cm^(-3)和55 cm^(2)/(V·s),相应的沟道方阻为10.3 kΩ/sq。研制的栅漏间距2和16μm的Ga_(2)O_(3)MOSFET器件的比导通电阻分别为2.3和40.0 mΩ·cm^(2),对应的击穿电压分别达到458和2324 V。为了进一步提升器件的击穿电压,采用p型NiO制备栅电极,研制的Ga_(2)O_(3)JFET器件导通电阻显著增大,但击穿电压分别提升至755和3000 V以上。计算了不同栅漏间距器件的功率优值(P-FOM),发现其随栅漏间距的增加先增大后减小,其中栅漏间距为8μm的Ga_(2)O_(3)MOSFET器件获得了最高的P-FOM,达到了192 MW/cm^(2),表明MOCVD外延技术在Ga_(2)O_(3)功率器件上具有重要的应用前景。 展开更多
关键词 氧化镓 MOCVD外延 掺杂 比导通电阻 击穿电压 功率优值
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“氧化镓晶体与器件”专题——破局第四代半导体的创新实践
2
作者 齐红基 贾志泰 +4 位作者 张洪良 董鑫 程红娟 周弘 徐光伟 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期I0004-I0005,I0002,I0003,共4页
氧化镓(Ga_(2)O_(3))作为超宽禁带半导体材料的代表,凭借其超宽禁带(4.4~4.9 eV)、高临界击穿场强(8 MV/cm)及优异的Baliga优值(理论值达SiC的10倍、GaN的4倍),被视为突破传统半导体性能极限的关键材料。然而,其产业化进程长期受限于低... 氧化镓(Ga_(2)O_(3))作为超宽禁带半导体材料的代表,凭借其超宽禁带(4.4~4.9 eV)、高临界击穿场强(8 MV/cm)及优异的Baliga优值(理论值达SiC的10倍、GaN的4倍),被视为突破传统半导体性能极限的关键材料。然而,其产业化进程长期受限于低热导率、p型掺杂困难、大尺寸单晶制备困难等问题。近年来,国家“十四五”规划将超宽禁带半导体列为重点攻关方向,“大尺寸氧化镓半导体材料与高性能器件”研究获国家重点研发计划支持,亟需学术界与产业界通过协同创新打通从材料到器件的全链条技术壁垒。 展开更多
关键词 宽禁带半导体材料 氧化镓 P型掺杂 半导体 国家重点研发计划 创新实践 协同创新 技术壁垒
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光学浮区法生长Bi掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶及其光谱性质研究
3
作者 杨晓龙 唐慧丽 +5 位作者 张超逸 孙鹏 黄林 陈龙 徐军 刘波 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期202-211,共10页
超宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)因出色的光电特性而成为研究的焦点。元素掺杂对β-Ga_(2)O_(3)光谱性质的影响是材料科学领域的一个重要研究方向,具有显著的研究价值和应用前景。本研究通过光学浮区(OFZ)法,在CO_(2)环境中成功生长出β-G... 超宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)因出色的光电特性而成为研究的焦点。元素掺杂对β-Ga_(2)O_(3)光谱性质的影响是材料科学领域的一个重要研究方向,具有显著的研究价值和应用前景。本研究通过光学浮区(OFZ)法,在CO_(2)环境中成功生长出β-Ga_(2)O_(3)∶6%Bi单晶,并着重研究Bi掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶的光谱性质。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)结合能量色散X射线光谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)以透过光谱和荧光光谱等先进的表征技术,对样品的晶体结构、元素组成及光谱性质进行了较全面的测试与分析。实验结果揭示,由于离子半径差异大,Bi离子较难掺入β-Ga_(2)O_(3)晶格,掺入的Bi离子主要替代了GaO_(6)八面体中的Ga离子位置。与非故意掺杂β-Ga_(2)O_(3)相比,Bi掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶在红外区域的透射率降低,载流子浓度增加;荧光发射光谱强度降低,荧光衰减时间缩短。这些发现不仅深化了对Bi掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶光谱性质的理解,而且为该材料在闪烁和辐射探测等领域的应用提供了技术启示。 展开更多
关键词 Bi掺杂β-Ga_(2)O_(3) 光学浮区法 晶体生长 拉曼光谱 光谱特性 发射光谱强度 荧光衰减时间
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c面蓝宝石衬底上ε-Ga_(2)O_(3)的金属有机物化学气相沉积
4
作者 王子铭 张雅超 +6 位作者 冯倩 刘仕腾 刘雨虹 王垚 王龙 张进成 郝跃 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期420-425,共6页
本文采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在c面蓝宝石衬底上沉积ε-Ga_(2)O_(3)薄膜,研究了单步生长和两步生长方法对薄膜沉积的影响。采用单步法时,薄膜直接在蓝宝石衬底上生长,使用高分辨X射线单晶衍射分析沿蓝宝石c轴方向的Ga_(2)O_... 本文采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在c面蓝宝石衬底上沉积ε-Ga_(2)O_(3)薄膜,研究了单步生长和两步生长方法对薄膜沉积的影响。采用单步法时,薄膜直接在蓝宝石衬底上生长,使用高分辨X射线单晶衍射分析沿蓝宝石c轴方向的Ga_(2)O_(3)物相构成,在生长温度从360℃变化至425℃均能观察到β-Ga_(2)O_(3)(402)峰,而在370~410℃还能观察到ε-Ga_(2)O_(3)(004)峰。其中,380和390℃时的样品具有更强的ε-Ga_(2)O_(3)(004)峰和更低的半峰全宽,以及更低的表面粗糙度。两步生长法为以380℃生长的ε-Ga_(2)O_(3)薄膜作为缓冲层,而后在400~430℃继续生长ε-Ga_(2)O_(3)薄膜,观察到ε-Ga_(2)O_(3)(004)峰强度均高于单步生长法且半峰全宽均更低,在430℃时薄膜的(004)峰摇摆曲线半峰全宽达到0.49°。进一步改变单步生长法的压强,明确缓冲层有效促进ε-Ga_(2)O_(3)沿c轴生长。 展开更多
关键词 ε-Ga_(2)O_(3) 金属有机物化学气相沉积 蓝宝石衬底 晶体生长 宽禁带半导体 X射线衍射 原子力显微镜
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氧化镓肖特基二极管硼离子注入终端技术研究
5
作者 沈睿 郁鑫鑫 +7 位作者 李忠辉 陈端阳 赛青林 谯兵 周立坤 董鑫 齐红基 陈堂胜 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期524-529,共6页
β-Ga_(2)O_(3)具有禁带宽度大和击穿场强高等优异的物理特性,被认为是制作新一代大功率、高效率电力电子器件的理想半导体材料。然而,无终端的Ga_(2)O_(3)肖特基势垒二极管(SBD)容易在肖特基电极边缘产生高峰值电场,导致器件过早击穿,... β-Ga_(2)O_(3)具有禁带宽度大和击穿场强高等优异的物理特性,被认为是制作新一代大功率、高效率电力电子器件的理想半导体材料。然而,无终端的Ga_(2)O_(3)肖特基势垒二极管(SBD)容易在肖特基电极边缘产生高峰值电场,导致器件过早击穿,影响其耐压特性。因此,本文提出通过对器件肖特基金属边缘进行硼(B)离子选区注入来构建埋层高阻终端,从而调控电极边缘的电场分布,以达到提升击穿电压的效果。B离子注入的能量和剂量分别为60 keV和7×1014 cm^(-2),通过仿真估算注入深度约为200 nm。采用B离子注入终端后,Ga_(2)O_(3)SBD器件的导通特性未发生明显变化,比导通电阻仍为2.5 mΩ·cm^(2)左右,而击穿电压则从429 V大幅度提升至1402 V,增幅达226%,对应的功率优值从74 MW/cm^(2)提升至767 MW/cm^(2)。通过仿真研究了器件电场分布,发现采用B注入终端后,肖特金属电极边缘的电场峰值得到显著抑制,且随着注入深度的增大而逐步下降。本工作为高性能Ga_(2)O_(3)功率器件终端结构的设计提供了新的研究思路。 展开更多
关键词 β-Ga_(2)O_(3) 肖特基二极管 硼离子注入 边缘终端 击穿电压
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基于MPPC阵列的核辐射成像探测器性能影响因素研究
6
作者 陶祖才 王强 +6 位作者 肖雄 宋宝林 张文强 刘双全 黄先超 丁雨憧 徐扬 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第1期40-48,共9页
本文使用YSO晶体阵列和MPPC阵列组成核辐射成像探测器,探究了基于MPPC阵列的核辐射成像探测器性能关键影响因素,包括前端电阻网络、光导厚度和光导边缘切割深度。首先,前端电子学实验发现,采用均匀电荷分配电路(SCD)可改善图像变形问题... 本文使用YSO晶体阵列和MPPC阵列组成核辐射成像探测器,探究了基于MPPC阵列的核辐射成像探测器性能关键影响因素,包括前端电阻网络、光导厚度和光导边缘切割深度。首先,前端电子学实验发现,采用均匀电荷分配电路(SCD)可改善图像变形问题并提高信噪比。接着,在SCD基础上研究了不同厚度光导(0、1.0、1.5、2.0、2.5mm)对成像性能的影响,结果显示光导厚度为1.5mm时具有最佳分辨效果,但仍无法区分晶体阵列边缘像素。最后,在1.5mm光导基础上,对光导外围进行不同深度切割并插入增强型镜面反射膜(ESR),实验表明全部切透且加入反射膜时,可以明显区分出边缘晶体单元。 展开更多
关键词 MPPC阵列 YSO晶体阵列 核辐射成像探测器 电子学 前端电阻网络 光导厚度 光导边缘切割深度
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氧化镓异质衬底集成技术研究进展
7
作者 瞿振宇 徐文慧 +9 位作者 江昊东 梁恒硕 赵天成 谢银飞 孙华锐 邹新波 游天桂 齐红基 韩根全 欧欣 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期470-490,共21页
超宽禁带氧化镓在高功率和射频器件领域显示出巨大发展潜力。然而,氧化镓固有的极低热导率和p型掺杂困难问题限制了其器件性能和结构设计。异质集成是突破单一材料性能极限,变革提升器件性能的关键技术。本文综述了异质外延、机械剥离... 超宽禁带氧化镓在高功率和射频器件领域显示出巨大发展潜力。然而,氧化镓固有的极低热导率和p型掺杂困难问题限制了其器件性能和结构设计。异质集成是突破单一材料性能极限,变革提升器件性能的关键技术。本文综述了异质外延、机械剥离和离子束剥离转移三种氧化镓异质集成技术的最新研究进展,重点对比分析不同集成技术在材料质量、电学和热学特性及器件性能等方面的优缺点,并针对衬底种类、界面成键方式、过渡层厚度对纵向散热和电子输运的影响进行探讨。同时,本文对当前氧化镓异质集成技术所面临的挑战进行分析,并对氧化镓异质集成技术未来的发展趋势进行展望,旨在唤起国内氧化镓异质集成衬底相关研究,推动氧化镓异质集成器件开发,加快推进氧化镓材料和器件产业化应用。 展开更多
关键词 氧化镓 异质衬底集成 异质外延 机械剥离 离子束剥离转移 热管理
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氧化镓雪崩光电探测器的研究进展
8
作者 邵双尧 杨烁 +2 位作者 冯华钰 贾志泰 陶绪堂 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期276-289,共14页
微弱紫外光的探测在导弹跟踪、火焰警告、安全通信、环境监测和其他关键应用中备受关注。雪崩光电探测器(APD)具有轻便、低功耗、高量子效率和单片集成等优点,是紫外探测领域的重要研究方向。近年来,宽禁带和超宽禁带半导体材料因其禁... 微弱紫外光的探测在导弹跟踪、火焰警告、安全通信、环境监测和其他关键应用中备受关注。雪崩光电探测器(APD)具有轻便、低功耗、高量子效率和单片集成等优点,是紫外探测领域的重要研究方向。近年来,宽禁带和超宽禁带半导体材料因其禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、热导率高和化学稳定性好等性能,被视为紫外APD设计的理想材料。从现有报道来看,相比于GaN和SiC材料,Ga_(2)O_(3)具有更大的禁带宽度、更高的击穿场强、更高的巴利加优值和更短的吸收截止边等突出优点,是一类值得关注的新材料。Ga_(2)O_(3)基APD以超宽带隙、高击穿电场、可控增益、优异热稳定性等优势,具有高响应度和高内部增益等性能,正在成为该领域的热点。本文综述了Ga_(2)O_(3)基APD的研究进展,分别对APD的器件结构、性能、发展历程与研究改进等进行介绍。 展开更多
关键词 雪崩光电探测器 紫外探测 宽禁带半导体 氧化镓 雪崩增益
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高均匀性6英寸GaN厚膜的高速率HVPE生长研究
9
作者 许万里 甘云海 +4 位作者 李悦文 李彬 郑有炓 张荣 修向前 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第1期11-16,共6页
氢化物气相外延(HVPE)是制备GaN单晶衬底的关键技术,由于生长速率较高,如何控制大尺寸GaN高速率高均匀性生长对于获得高质量GaN衬底具有重要意义。本文针对自主设计研制的6英寸(1英寸=2.54 cm)GaN衬底用HVPE设备,通过数值模拟和实际生... 氢化物气相外延(HVPE)是制备GaN单晶衬底的关键技术,由于生长速率较高,如何控制大尺寸GaN高速率高均匀性生长对于获得高质量GaN衬底具有重要意义。本文针对自主设计研制的6英寸(1英寸=2.54 cm)GaN衬底用HVPE设备,通过数值模拟和实际生长实验,研究了工艺参数如源气体与衬底距离D、分隔气体、HCl流量、NH_(3)载气流量等对高速率生长GaN膜厚度均匀性的影响。数值模拟与生长实验结果发现,采用自研HVPE设备生长GaN厚膜具有高生长速率和高厚度均匀性等特点。研究表明,引入分隔气体及适当增大D值可以有效促进GaCl气体向样品边缘扩散,从而显著提升大尺寸外延厚膜的均匀性。采用最终优化工艺条件获得了厚度约11μm的6英寸GaN厚膜,其厚度不均匀性约±1.5%,生长速率大于60μm/h;随着生长时间的增加,生长速率增大,在生长时间为3 h时,6英寸GaN厚膜厚度达到约700μm,生长速率增大至200μm/h以上,且厚度不均匀性仍在±5%以内。 展开更多
关键词 氮化镓 氢化物气相外延 晶体生长 数值模拟 厚度不均匀性
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超宽带隙氧化镓功率器件热管理的研究进展
10
作者 谢银飞 何阳 +5 位作者 刘伟业 徐文慧 游天桂 欧欣 郭怀新 孙华锐 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期290-311,共22页
氧化镓的低热导率是其功率器件发展的最大瓶颈,使其在高功率密度下产热时面临高效散热的巨大挑战。因此,开发全新的热管理和封装技术迫在眉睫。通过材料、器件和封装多层面的热管理来缓解自热引发的性能与可靠性问题成为关键。本文综述... 氧化镓的低热导率是其功率器件发展的最大瓶颈,使其在高功率密度下产热时面临高效散热的巨大挑战。因此,开发全新的热管理和封装技术迫在眉睫。通过材料、器件和封装多层面的热管理来缓解自热引发的性能与可靠性问题成为关键。本文综述了超宽带隙(UWBG)氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))功率器件的热管理,针对相关挑战、潜在解决方案和研究机遇提出了观点。论文首先介绍了超宽带隙氧化镓的特性及其在电子器件领域的重要性,详细阐述了热管理在氧化镓器件中的关键意义。随后,从不同的热管理技术方面,包括衬底相关技术和结侧热管理技术等进行深入探讨,并分析了热管理对氧化镓器件电学性能的影响。最后,对氧化镓器件热管理的未来发展趋势进行展望,提出了“材料-器件-封装”电热协同设计、近结异质集成和新型外部封装等多维度的热管理策略,旨在唤起相关研究,加快超宽带隙氧化镓功率器件的开发和产业化进程。 展开更多
关键词 热管理 超宽带隙 氧化镓 材料-器件-封装 结侧散热 高导热率衬底集成 电热协同设计
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ε-Ga_(2)O_(3)晶体及其本征缺陷的第一性原理研究
11
作者 郭满意 吴佳兴 +4 位作者 杨帆 王超 王艳杰 迟耀丹 杨小天 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期212-218,共7页
为了探究本征缺陷导电特性,本文采用第一性原理计算方法对ε-Ga_(2)O_(3)进行计算。首先计算ε-Ga 2O 3的晶格常数、能带间隙、态密度和能带结构,然后计算含有多种本征缺陷的ε-Ga_(2)O_(3)的态密度和能带结构,分析了它们的电学性质。... 为了探究本征缺陷导电特性,本文采用第一性原理计算方法对ε-Ga_(2)O_(3)进行计算。首先计算ε-Ga 2O 3的晶格常数、能带间隙、态密度和能带结构,然后计算含有多种本征缺陷的ε-Ga_(2)O_(3)的态密度和能带结构,分析了它们的电学性质。计算结果表明:ε-Ga_(2)O_(3)为直接带隙半导体,禁带宽度为4.26 eV,光吸收系数峰值在80 nm左右,在450 nm处接近零。在本征缺陷中,不同点位Ga空位缺陷使ε-Ga_(2)O_(3)呈现出p型导电特性,不同点位O空位缺陷没有改变ε-Ga_(2)O_(3)的导电特性;O取代Ga之后,ε-Ga_(2)O_(3)呈现p型导电特性;Ga取代O之后,ε-Ga_(2)O_(3)呈现n型导电特性;引入O填隙的ε-Ga_(2)O_(3)的导电特性没有变化;Ga填隙时ε-Ga_(2)O_(3)呈现n型导电特性。 展开更多
关键词 ε-Ga_(2)O_(3)晶体 态密度 能带结构 导电特性 第一性原理 密度泛函理论
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HVPE法同质外延氧化镓厚膜技术研究
12
作者 董增印 王英民 +4 位作者 张嵩 李贺 孙科伟 程红娟 刘超 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期227-232,共6页
卤化物气相外延(HVPE)法因生长速度快、掺杂可控等优势主要被用于生长β-Ga_(2)O_(3)同质外延片。本文采用垂直结构的HVPE设备进行β-Ga_(2)O_(3)厚膜的同质外延,探究了不同生长压力对β-Ga_(2)O_(3)的生长速度和外延质量的影响。研究发... 卤化物气相外延(HVPE)法因生长速度快、掺杂可控等优势主要被用于生长β-Ga_(2)O_(3)同质外延片。本文采用垂直结构的HVPE设备进行β-Ga_(2)O_(3)厚膜的同质外延,探究了不同生长压力对β-Ga_(2)O_(3)的生长速度和外延质量的影响。研究发现,在生长相同厚度β-Ga_(2)O_(3)外延膜时,降低生长压力虽然使生长速度有所降低,但更容易获得生长条纹连贯的、高结晶质量的β-Ga_(2)O_(3)厚膜。分析了外延膜中非故意掺杂的氮杂质来源,排除了氮气分解的可能性,通过调控Ⅵ/Ⅲ比,即提升氧气分压,能够有效降低β-Ga_(2)O_(3)外延膜中的氮杂质浓度,从8×10^(16) cm^(-3)降低至1×10^(16) cm^(-3)。最终,采用优化后的外延工艺,制备出高质量的2英寸(1英寸=2.54 cm)HVPE β-Ga_(2)O_(3)外延片,膜厚和载流子浓度分别是15.8μm和1.5×10^(16) cm^(-3),两者的不均匀性分别是3.6%和7.6%。 展开更多
关键词 卤化物气相外延 β-Ga_(2)O_(3) 同质外延 生长压力 氮杂质 Ⅵ/Ⅲ比
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衬底晶面对MOCVD同质外延生长n-Ga_(2)O_(3)薄膜性质的影响研究
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作者 韩宇 焦腾 +6 位作者 于含 赛青林 陈端阳 李震 李轶涵 张钊 董鑫 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期438-444,I0003,共8页
本文采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,在Fe掺杂的(001)、(010)和(201)晶面的氧化镓(Ga_(2)O_(3))衬底上实现了Si掺杂n型β-Ga_(2)O_(3)薄膜的同质外延生长,系统研究了衬底晶面对生长的薄膜晶体质量、生长速度及电学性能的影响。研... 本文采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,在Fe掺杂的(001)、(010)和(201)晶面的氧化镓(Ga_(2)O_(3))衬底上实现了Si掺杂n型β-Ga_(2)O_(3)薄膜的同质外延生长,系统研究了衬底晶面对生长的薄膜晶体质量、生长速度及电学性能的影响。研究结果表明,同质外延生长的n型β-Ga_(2)O_(3)薄膜样品均表现出与衬底一致的晶面取向,且双晶摇摆曲线半峰全宽(FWHM)均很小,具有较高的晶体质量;各薄膜的表面粗糙度较低,基本呈现台阶流的生长特征;不同晶面衬底上薄膜同质生长速度存在较大差异,其中(001)晶面衬底上薄膜的生长速度较快,可达1μm/h以上。在(010)晶面衬底上生长的n型β-Ga_(2)O_(3)薄膜,其载流子浓度与迁移率最高,在器件的制备中更具潜力。该项研究将为Ga_(2)O_(3)基器件制备提供有力的数据支撑。 展开更多
关键词 氧化镓 金属有机化学气相沉积 同质外延 掺杂 迁移率 生长速率
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不同晶面蓝宝石衬底上α-Ga_(2)O_(3)雾化学气相沉积法生长研究
14
作者 李雄杰 宁平凡 +4 位作者 陈世澳 乔思博 程红娟 王英民 牛萍娟 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期255-262,共8页
采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在不同晶面蓝宝石衬底上异质外延生长了α-Ga_(2)O_(3)薄膜,并利用XRD、SEM和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分析了薄膜样品的物相、光学特性和表面形貌。600℃以内,在C、M、A、R面蓝宝石衬底上生长纯相α-... 采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在不同晶面蓝宝石衬底上异质外延生长了α-Ga_(2)O_(3)薄膜,并利用XRD、SEM和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分析了薄膜样品的物相、光学特性和表面形貌。600℃以内,在C、M、A、R面蓝宝石衬底上生长纯相α-Ga_(2)O_(3)薄膜的温度窗口分别为420~480、480~550、590~600、540~600℃;对应纯相α-Ga_(2)O_(3)薄膜的光学带隙分别为5.12、5.23、5.25、5.21 eV。研究发现与C面蓝宝石衬底相比,在M、A、R面蓝宝石衬底上外延α-Ga_(2)O_(3)薄膜需要更高的生长温度,同时在M、A、R面蓝宝石衬底上获得的薄膜禁带宽度更大。样品表面形貌的SEM表征结果显示,不同晶面的α-Ga_(2)O_(3)薄膜表面形貌差异显著,C面蓝宝石衬底上α-Ga_(2)O_(3)薄膜存在“连续薄膜+大尺寸柱状岛”结构。本文关于不同晶面蓝宝石衬底外延α-Ga_(2)O_(3)薄膜的研究对α-Ga_(2)O_(3)材料的应用有一定参考价值。 展开更多
关键词 α-Ga_(2)O_(3) 蓝宝石衬底 雾化学气相沉积 异质外延 生长温度 禁带宽度
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Al/In掺杂与β-Ga_(2)O_(3)(100)面孪晶相互作用的第一性原理研究
15
作者 李琪 付博 +5 位作者 余博文 赵昊 林娜 贾志泰 赵显 陶绪堂 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期371-377,I0002,共8页
β-Ga_(2)O_(3)作为新一代超宽禁带半导体,在高功率器件及日盲探测器件等方面极具应用价值,近年来受到了研究者们的广泛关注。然而,β-Ga_(2)O_(3)单斜晶格的低对称性导致其面缺陷的形成能具有各向异性,其中(100)面孪晶的形成能较低,且... β-Ga_(2)O_(3)作为新一代超宽禁带半导体,在高功率器件及日盲探测器件等方面极具应用价值,近年来受到了研究者们的广泛关注。然而,β-Ga_(2)O_(3)单斜晶格的低对称性导致其面缺陷的形成能具有各向异性,其中(100)面孪晶的形成能较低,且在β-Ga_(2)O_(3)中广泛存在。为探索β-Ga_(2)O_(3)(100)面孪晶的调控方案及其机理,本文基于第一性原理计算,探讨了β-Ga_(2)O_(3)中Al/In掺杂与(100)面孪晶之间的相互作用。对Al/In掺杂的β-Ga_(2)O_(3)(100)面孪晶体系的结构、能量和电子特性分析表明,Al/In取代孪晶体系中的Ga原子会对(100)面孪晶的形成能造成显著影响。其中,在本研究的结构体系中,Al的掺入始终会提高(100)面孪晶的形成能,且不会显著改变带隙或移动带边、不会在带隙中产生额外的杂质能级。因此,Al/In掺杂被预测为β-Ga_(2)O_(3)(100)面孪晶的一种潜在调控方案,适当的Al/In掺杂有助于抑制(100)面孪晶的形成,从而获得高质量的β-Ga_(2)O_(3)晶体。 展开更多
关键词 β-Ga_(2)O_(3) 孪晶界 掺杂 结构性质 电学性质 第一性原理
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Mg掺杂氧化镓研究进展
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作者 孙汝军 张晶辉 +2 位作者 李一帆 郝跃 张进成 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期361-370,共10页
氧化镓(Ga_(2)O_(3))材料具有超宽禁带宽度、高击穿电场强度,在电力电子器件和光电器件领域具有巨大应用前景。虽然氧化镓难以实现p型导电,但仍可以利用p型掺杂调控能带实现电学性能设计。实验上已验证的氧化镓p型掺杂杂质有Mg、Fe、N... 氧化镓(Ga_(2)O_(3))材料具有超宽禁带宽度、高击穿电场强度,在电力电子器件和光电器件领域具有巨大应用前景。虽然氧化镓难以实现p型导电,但仍可以利用p型掺杂调控能带实现电学性能设计。实验上已验证的氧化镓p型掺杂杂质有Mg、Fe、N、Zn、Cu、Ni、Co等,其中,Mg掺杂由于形成能最低、能级位置最靠近价带顶,以及掺入方法多而被大量研究。本文聚焦Mg掺杂,首先对Mg掺杂氧化镓的受主能级的理论计算认识和实验测试结果进行综述;接着总结了Mg掺杂氧化镓半绝缘单晶和外延层的各种掺杂方法、掺杂浓度,以及在热处理中Mg扩散等关键问题;最后指出关于Mg掺入、激活及扩散机制还值得进一步研究,并对其未来进行了展望。 展开更多
关键词 氧化镓 Mg掺杂 半绝缘衬底 电流阻挡层 电学性能
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新型复合终端氧化镓肖特基二极管电学特性仿真研究
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作者 屈珉敏 余建刚 +6 位作者 李子唯 李旺旺 雷程 李腾腾 李丰超 梁庭 贾仁需 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期348-357,共10页
作为新一代宽禁带半导体,氧化镓因具有更大的禁带宽度(4.4~4.8 eV)和更高的击穿场强(8 MV/cm),成为制备耐高压、高频、高功率电力电子器件的最佳候选材料。然而,氧化镓肖特基二极管具有终端电场边缘集中效应,导致器件因提前击穿而失效,... 作为新一代宽禁带半导体,氧化镓因具有更大的禁带宽度(4.4~4.8 eV)和更高的击穿场强(8 MV/cm),成为制备耐高压、高频、高功率电力电子器件的最佳候选材料。然而,氧化镓肖特基二极管具有终端电场边缘集中效应,导致器件因提前击穿而失效,从而限制了氧化镓的应用。本文通过将可以缓解电场边缘集中效应的高阻区和抑制反向漏电的电子势垒层相结合,设计了一种新型复合终端。仿真结果表明:引入高阻区终端结构的器件电极边缘附近的峰值电场从3.650 MV/cm下降到0.246 MV/cm,可以有效缓解电极电场边缘集中效应。当高阻区Mg离子注入浓度为10^(19) cm^(-3)时,击穿电压从725 V提高到2115 V,巴利加优值从0.060 GW/cm^(2)增加到0.247 GW/cm^(2),临界击穿场强从3.650 MV/cm提升到5.500 MV/cm,提高了50.7%;与此同时,电子势垒层AlN的引入使器件反向漏电流大幅降低,反向击穿电压提升至2690 V。该新型复合终端结构不仅可以有效抑制器件的反向漏电流,同时可以有效提升器件的反向击穿电压。本研究为耐高压、低反向漏电流氧化镓肖特基二极管的研制提供了理论基础。 展开更多
关键词 氧化镓 肖特基二极管 反向漏电流 击穿电压 复合终端
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导模法生长氧化镓晶体中的位错缺陷及其分布特点
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作者 杨文娟 卜予哲 +1 位作者 赛青林 齐红基 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期414-419,共6页
β-Ga_(2)O_(3)作为新一代超宽带隙半导体材料,因优异的物理性能和在器件中的高性能而受到越来越多的关注。β-Ga_(2)O_(3)的制备可采用浮区法、导模(EFG)法等多种熔融晶体生长方法。缺陷通常会对半导体器件的性能产生严重的负面影响,... β-Ga_(2)O_(3)作为新一代超宽带隙半导体材料,因优异的物理性能和在器件中的高性能而受到越来越多的关注。β-Ga_(2)O_(3)的制备可采用浮区法、导模(EFG)法等多种熔融晶体生长方法。缺陷通常会对半导体器件的性能产生严重的负面影响,所以β-Ga_(2)O_(3)晶体的缺陷检测技术显得尤为重要。过去通常采用刻蚀的方法进行位错的检测和密度计算,但这种方法是破坏性的,只适用于实验样品的研究分析。本文突破传统缺陷分析方法的局限,引入X射线形貌分析术(XRT)并结合酸性腐蚀法,对导模法生长β-Ga_(2)O_(3)的(001)、(010)、(100)面分别进行了深入研究,揭示了位错在三维空间的分布特征,明确指出,在导模法晶体中,沿着b轴[010]方向的位错占主导地位,为理解β-Ga_(2)O_(3)位错的结构和特征提供了宝贵的信息,进而为之后外延和器件晶面的选择指明了新的方向。 展开更多
关键词 氧化镓 宽禁带半导体 位错 X射线形貌分析术 导模法 腐蚀法
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氧化镓同质外延及二维“台阶流”生长研究
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作者 李悌涛 卢耀平 +2 位作者 陈端阳 齐红基 张海忠 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期219-226,共8页
如何同质外延生长出具有原子级平整的氧化镓(Ga_(2)O_(3))单晶薄膜,是制备高性能Ga_(2)O_(3)基功率电子器件或紫外光电器件的基础。本文通过金属有机气相外延(MOVPE)技术综合调控外延生长的热力学条件与动力学参数,在Ga_(2)O_(3)衬底上... 如何同质外延生长出具有原子级平整的氧化镓(Ga_(2)O_(3))单晶薄膜,是制备高性能Ga_(2)O_(3)基功率电子器件或紫外光电器件的基础。本文通过金属有机气相外延(MOVPE)技术综合调控外延生长的热力学条件与动力学参数,在Ga_(2)O_(3)衬底上制备了厚度为1.0μm的器件级Ga_(2)O_(3)单晶薄膜(非故意掺杂),对薄膜样品进行了物相、表面形貌、晶体质量和电学性能的研究。该薄膜具有单一β相,呈现出与衬底相同的(100)面择优取向。对Ga_(2)O_(3)薄膜表面形貌进行AFM表征,呈现出典型的台阶流形貌,表面粗糙度0.166 nm,且台阶高度0.6 nm(a/2),表明薄膜具有原子级平整。进一步通过HRXRD双晶摇摆曲线评估Ga_(2)O_(3)薄膜结晶质量,外延膜的FWHM低于单晶衬底,表明外延在晶格匹配衬底上的Ga_(2)O_(3)薄膜质量优于衬底。霍尔效应测试结果表明,Ga_(2)O_(3)薄膜的电子迁移率为92.1 cm^(2)/(V·s),载流子浓度为2.65×10^(16) cm^(-3)。本文的研究结果表明只要通过精细化调控温度、压力、Ⅵ/Ⅲ比等关键热力学条件,使核心动力学参数中的横向扩散速率充分大于纵向沉积速率,就有可能在通用的非刻意斜切衬底上实现高长速二维“台阶流”生长。本研究所制备的具有优异晶体质量与电学特性的(100)面同质外延单晶薄膜,在制造高性能Ga_(2)O_(3)功率电子器件具有重要的应用潜力。 展开更多
关键词 氧化镓 同质外延 二维“台阶流”生长 MOVPE 单晶薄膜 原子级平整
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导模法生长6英寸氧化镓单晶的结晶界面变形度评估与控制研究
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作者 王君岚 李早阳 +2 位作者 杨垚 祁冲冲 刘立军 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期396-406,共11页
氧化镓单晶(β-Ga_(2)O_(3))具有禁带宽度大、击穿场强高等优异性能,在高功率、深紫外等器件领域具有重要应用价值。导模法是生长大尺寸高品质氧化镓单晶的重要方法,然而导模炉内部加热与保温结构的周向对称性及模具与晶体的周向不对称... 氧化镓单晶(β-Ga_(2)O_(3))具有禁带宽度大、击穿场强高等优异性能,在高功率、深紫外等器件领域具有重要应用价值。导模法是生长大尺寸高品质氧化镓单晶的重要方法,然而导模炉内部加热与保温结构的周向对称性及模具与晶体的周向不对称性,容易导致晶体在宽度和厚度方向传热不均匀,从而引起结晶界面严重变形,影响晶体的稳定生长。本文综合考虑了导模炉内部包含氧化镓单晶各向异性热传导和热辐射吸收耦合作用在内的各种传热流动现象,开展了非轴对称结晶界面形状的动网格追踪,建立了导模法生长氧化镓单晶的三维全局传热数值模型,对比研究了2英寸与6英寸(1英寸=2.54 cm)氧化镓单晶生长过程的热量传递及结晶界面变形规律,评估了不同尺寸晶体生长的界面变形度,设计了减小6英寸晶体生长界面变形度的盖板结构。研究结果表明,6英寸氧化镓单晶生长在晶体宽度和厚度方向上表现出更加显著的传热不均匀,使大尺寸晶体生长时结晶界面变形度更大,晶体生长稳定性更差;盖板结构对晶体在宽度和厚度方向上的传热和界面变形度影响显著,厚盖板周向包裹晶体的结构能够为6英寸氧化镓单晶稳定生长创造适宜的条件。本文研究工作对于导模法稳定生长大尺寸高品质氧化镓单晶具有重要指导意义。 展开更多
关键词 导模法 氧化镓单晶 各向异性导热 热辐射吸收 结晶界面变形度 热量传递
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