【国内论文】华南理工大学研究团队关于通过含氩等离子体处理形成β-Ga₂O₃ 纳米片晶体管的欧姆触点的研究

        近期，由华南理工大学的研究团队在学术期刊Electronics 发布了一篇名为Ohmic Contact Formation to β-Ga₂O₃ Nanosheet Transistors with Ar-Containing Plasma Treatment（通过含氩等离子体处理形成β-Ga₂O₃ 纳米片晶体管的欧姆触点）的文章。

摘要

        在开发高性能Ga₂O₃基晶体管时，实现金属与其导电通道之间的有效欧姆接触至关重要。与块状材料不同，退火过程中多余的热能可能会破坏低维材料本身。鉴于热预算的问题，本文提出了一种可行且适中的解决方案（即含Ar等离子体处理），以实现与 (100) β- Ga₂O₃纳米片的有效欧姆结。首次通过 X 射线光电子能谱比较研究了四种等离子体处理（即 SF₆/Ar、SF₆/O₂/Ar、SF₆/O₂ 和 Ar）对 (100) β-Ga₂O₃ 晶体的影响。通过最优等离子体预处理（即 Ar 等离子体，100 W，60 s），所制备的 β-Ga₂O₃ 纳米片场效应晶体管 (FET) 显示出有效的欧姆接触（即接触电阻 R_C 为 104 Ω·mm），无需任何后续退火，这带来了竞争性的器件性能，例如高开关电流比 (>10⁷)、低亚阈值摆幅 (SS, 249 mV/dec) 和可接受的场效应迁移率 (μ_eff, ~21.73 cm² V⁻¹ s⁻¹)。通过使用重掺杂的 β-Ga₂O₃晶体 (Ne, ~10²⁰ cm⁻³) 进行 Ar 等离子体处理，接触电阻 R_C 可进一步降低至 5.2 Ω·mm。这项工作为提高低维 Ga₂O₃基晶体管的欧姆接触性能开辟了新机会，并可进一步惠及其他基于氧化物的纳米器件。

图 1. (100)-oriented β-Ga₂O₃ 块状样品的 XPS 结果。(a) 未经任何等离子体处理的原始 β-Ga₂O₃ 的 Ga 2p_3/2、(b) Ga 3d 和 (c) O 1s 核级光谱。(d) 用 SF₆/Ar 等离子体处理过的β-Ga₂O₃ 的 Ga 2p_3/2、(e) Ga 3d 和 (f) O 1s 核级光谱。

图 2：（a）110 nm 厚 SiO₂ 栅极绝缘体的底部栅β-Ga₂O₃ 纳米片晶体管示意图。(b) 所制备的基于 β-Ga₂O₃ 纳米片的 FET 的光学显微镜图像。(c) 通过原子力显微镜获得的β-Ga₂O₃ 纳米片的厚度剖面图和光学显微照片。(d) β-Ga₂O₃ 纳米片场效应晶体管在低 V_ds 状态下的 I-V 特性。(e) β-Ga₂O₃ 纳米片场效应晶体管的输出曲线（I_ds-V_bg）。(f) β-Ga₂O₃ 纳米片晶体管的传输特性（I_ds-V_bg）。

DOI：

doi.org/10.3390/electronics13163181