【器件论文】高温下含催化金属的钝化 β-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃ / Ga₂O₃ 肖特基二极管气体传感器的传感性能分析

        由印度阿桑索尔工程学院的研究团队在学术期刊 Journal of The Institution of Engineers (India): Series B 发布了一篇名为 Sensing Performance Analysis of Passivated β-(Al_xGa_1-x)₂O₃ / Ga₂O₃ Schottky Diode Gas Sensor with Catalytic Metals at High Temperature（高温下含催化金属的钝化 β-(Al_xGa_1-x)₂O₃ / Ga₂O₃ 肖特基二极管气体传感器的传感性能分析）的文章。

摘要

        氧化镓 (Ga₂O₃) 已经引起了广泛关注，并成为一种很有前途的材料，可用于各种应用，包括气体传感器。Ga₂O₃ 的宽带隙、高电子迁移率、热稳定性和化学耐腐蚀性使其非常适合检测各种气体，具有高灵敏度和选择性。它在该领域的出现反映了其解决关键挑战和满足对高效可靠的气体传感技术日益增长的需求的潜力。在各种 Ga₂O₃ 基气体传感器中，肖特基二极管对多种气体（包括氢气、氧气、氮氧化物和挥发性有机化合物）表现出优异的传感性能。与 SiC 或 GaN 相比，β-Ga₂O₃ 具有更高的临界电场，这有利于晶体管。在 Ga₂O₃ 的五种多晶型中，β-多晶型是最被研究和利用的一种，并且在大多数情况下，它是稳定的形式。肖特基二极管的结构和界面特性提供了自发和压电极化效应。因此，产生了高度密集的二维电子气 (2-DEG)，对表面状态的变化极其敏感。关于具有不同 Pt 厚度、活性区域和工作温度的肖特基传感器，可以研究添加 Pt、Pd 等贵金属如何影响其检测气体的能力。半导体与金属的反应是决定肖特基势垒的最关键因素之一。因此，通过根据半导体的反应性选择合适的电极金属，可以优化传感器的性能以及器件的可靠性和寿命。用氧化钪 (Sc₂O₃) 进行表面钝化为 Ga₂O₃ 基器件提供了显着优势，包括增强 2DEG 密度和改善器件性能和可靠性。在这里，提出了一种基于物理的分析建模技术来检查 (Al_xGa_1-x)₂O₃ / Ga₂O₃ 肖特基异质结构二极管，用于需要极高线性度和灵敏度的气体传感应用。设计一个具有高线性度、高灵敏度和在低气体浓度水平和较低温度下具有出色检测性的传感器是该努力的主要目标。这里考虑了表面特性和异质界面。对器件建模的主要方法是利用二维电子气 (2-DEG) 对表面电荷的依赖性，该表面电荷受 Sc₂O₃ 钝化层的影响。气体传感器电极有助于确定传感器的灵敏度和其他重要特性。在 Ga₂O₃ 基传感器上，研究了具有 Pd、Pt 等催化电极的肖特基接触。我们使用 Silvaco TCAD 对基于肖特基二极管的传感器模型进行了仿真，并能够获得各种气体浓度的 VI 曲线。在这种情况下，丙酮蒸气被考虑用于这项研究。从 VI 曲线获得的响应表明，在 0.97 V 偏压下，在气体浓度 (500 ppm) 的影响下，反应超过 85%。此外，我们观察到温度影响了不同肖特基接触的传感器响应，在不同的气体浓度下。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s40031-024-01182-0