【器件论文】高介电常数 BaTiO₃ 场板辅助高场与热管理的垂直 β-Ga₂O₃ 肖特基二极管电热协同设计

        由美国爱荷华州立大学的研究团队在学术期刊 APL Electronic Devices 发布了一篇名为 Electro-thermal co-design of vertical β-Ga₂O₃ Schottky diodes with high-permittivity BaTiO₃ field-plate for high-field and thermal management（高介电常数 BaTiO₃ 场板辅助高场与热管理的垂直 β-Ga₂O₃ 肖特基二极管电热协同设计）的文章。

摘要

        本研究提出了垂直 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管（SBD）的电–热协同设计，以同时提升高功率器件的散热能力和高场管理能力。针对两种采用不同边缘终止技术的垂直 β-Ga₂O₃ SBD 结构开展了器件级热管理研究，这两种技术分别为：采用高介电常数 BaTiO₃ 形成的场板结构，以及深刻蚀结合侧壁场板结构。在仅使用 BaTiO₃ 场板的器件中，在靠近肖特基接触边缘处检测到局域热热点。然而，当场板由 BaTiO₃ 与高热导率的 AlN 共同构成时，热热点显著减少，其中 AlN 可有效降低界面处的焦耳热，而 BaTiO₃ 的高介电常数有助于削弱局部高电场。深刻蚀结合侧壁场板结构进一步通过消除横向耗尽区，减少了在关键阳极边缘处累积的热量和电场。此外还使用 Landauer 方法分析了介质/β-Ga₂O₃ 界面的热输运特性，结果表明，与 BaTiO₃ 相比，AlN 显著提高了界面热边界电导（TBC），证明了 BaTiO₃/AlN 复合场板相较于仅 BaTiO₃ 场板具有更优异的散热能力。实验上，通过垂直金属/AlN/β-Ga₂O₃ 二极管提取到 AlN 的击穿场强约为 11 MV/cm，远高于 β-Ga₂O₃ 的材料击穿场强。这表明 AlN 是垂直 β-Ga₂O₃ SBD 中理想的场板介电材料，可同时提供更强的高场承受能力与更优的散热性能，非常适用于高功率应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0288035