【国际论文】用新型气溶胶沉积法制造的氧化镓（III）电介质结构中的超高击穿场强

        近期，由韩国光云大学的研究团队在学术期刊Small Structures发布了一篇名为Ultrahigh Breakdown Field in Gallium (III) Oxide Dielectric Structure Fabricated by Novel Aerosol Deposition Method（用新型气溶胶沉积法制造的氧化镓（III）电介质结构中的超高击穿场强）的文章。

摘要

        随着电动汽车和可再生能源系统对现代高压电子设备的需求日益增长，具有高击穿场的功率半导体器件变得至关重要。β-氧化镓（Ga₂O₃）的理论击穿场强为 8 MV cm^-1，目前正被作为下一代功率开关材料进行研究。然而，实现接近这一理论值的击穿场仍然具有挑战性。本研究开发了一种气溶胶沉积制造的 Ga₂O₃ 薄膜，通过厚度优化、热处理和独特的喷嘴倾斜方法实现了极高的击穿场强。本研究探讨了氧空位对 Ga₂O₃ 薄膜介电常数、击穿场和微观结构的影响。通过这些方法，生产出了表面致密（98.88%）且均匀的 Ga₂O₃ 薄膜，通过喷嘴倾斜和在 800 °C 下进行后退火，减少了氧空位的影响，从而获得了适当的介电常数（10 kHz 时为 9.3）、低漏电流（20 kV cm^-1 时为 5.8 × 10^-11 A cm^-2）和 5.5 MV cm^-1 的极高击穿场。研究结果表明，气溶胶沉积 Ga₂O₃层在实现可靠开关的功率开关方面具有巨大潜力。

图 1.  a) AD 工艺示意图；b) 厚度为 1-9 μm 的 Ga₂O₃ 薄膜的 XRD 图谱对比、c) 晶粒尺寸和 d) 微应变。

图 2：Ga₂O₃ 薄膜的表面 SEM 图像以及相应的表面形貌和 RMS 粗糙度值，薄膜厚度分别为：a,f) 1 μm；b,g) 3 μm；c,h) 5 μm；d,i) 7 μm；e,j) 9 μm。

DOI：

doi.org/10.1002/sstr.202400321