【国际论文】p-CuGaO₂/β-Ga₂O₃ 界面： 用于功率器件应用的界面预测和生成的高通量方法

        由韩国世宗大学的研究团队在学术期刊 Materials Today Advances 发布了一篇名为 p-CuGaO₂/β-Ga₂O₃ interfaces: A high-throughput approach for interface prediction and generation for power device applications（p-CuGaO₂/β-Ga₂O₃ 界面： 用于功率器件应用的界面预测和生成的高通量方法）的文章。

        该研究通过引入 p 型铜镓氧化物（p-CuGaO₂）中间层，以提升 β-Ga₂O₃ 功率器件的整体性能，针对 p 型掺杂难题提出有效解决方案。该 p-CuGaO₂ 层旨在提升器件的击穿电压（BV）、降低漏电流，从而提高高温环境下的器件效率与可靠性。

        本工作采用第一性原理计算（通过VASP）结合实验手段，系统研究了 β-Ga₂O₃(001)/p-CuGaO₂(006) 异质结（HJ）界面结构。通过键合能分析、电子局域性、电荷密度差和静电势分布等参数，确认 Configuration-1 为最优界面结构，具备高结合能和稳定结构特征。在实验方面，研究探讨了不同退火温度对 p-CuGaO₂/β-Ga₂O₃ 异质结的微观结构、化学计量比、光学、电学与输运特性的影响。电学测试表明，在 800 °C 退火条件下，器件具备更低的开启电压（V_on）、导通电阻（R_on）和漏电流，击穿电压高达 1.62 kV，显著优于传统 Pt/β-Ga₂O₃ 肖特基二极管（SBD）。此外，采用高低频法评估了界面态密度（N_SS），并结合 TCAD 仿真进一步揭示器件的击穿行为。

        本研究为 β-Ga₂O₃ 异质结功率器件的结构设计与制造工艺提供了理论支撑与实验验证，显示出 p-CuGaO₂/β-Ga₂O₃ 异质结在高温功率器件领域的应用前景。

        • 基于密度泛函理论（DFT）方法，利用第一性原理构建并研究了四种 p-CuGaO₂ (006)/β-Ga₂O₃ (001) 异质结构界面模型。

        • 经过 800 °C 退火的 p-CuGaO₂/β-Ga₂O₃ 异质结（HJ）相较于室温、400 °C、600 °C 处理样品，表现出更优异的电学性能。

        • 800 °C 退火样品在高温下实现了 1.62 kV 的击穿电压（BV），展现出优异的高温运行能力。

        • 借助 Silvaco TCAD 模拟，揭示击穿机制，验证 p-CuGaO₂/β-Ga₂O₃ 异质结在功率器件中的潜力。

        • 800 °C 退火处理产生了具有优异电性能和高质量的 p-CuGaO₂/β-Ga₂O₃，证明了其在高温应用中的巨大潜力。

图 1：（a）讲解垂直 p-CuGaO₂/β-Ga₂O₃ HJ 的设计，以及（b）-（c）β-Ga₂O₃、（d）-（e）p-CuGaO₂ 的表面模型（正视图和俯视图）（Ga、O 和 Cu 原子分别用绿色、红色和蓝色表示）。

图 2. (a-d) β-Ga₂O₃/p-CuGaO₂ 系统的优化配置。

DOI：

doi.org/10.1016/j.mtadv.2025.100577