【器件论文】通过超临界等静压诱导自氧化还原提高 (AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃/Ga₂O₃ 异质结构场效应晶体管的性能

        由北京大学信息工程学院/广东省存算一体芯片重点实验室的研究团队在学术期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 发布了一篇名为 Performance Improvement of (Al_xGa_1–x)₂O₃ / Ga₂O₃ Heterostructure FET via Supercritical Isostatic Pressing-Induced Self-Redox（通过超临界等静压诱导自氧化还原提高 (Al_xGa_1–x)₂O₃ / Ga₂O₃ 异质结构场效应晶体管的性能）的文章。

摘要

        具有超宽带隙的 β-Ga₂O₃ 基金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）因其出色的材料特性在超高功率应用中极具前景。然而，β-Ga₂O₃ MOSFET 的性能远低于材料的理论极限，主要受限于 β-Ga₂O₃ 内在的体缺陷以及缺乏有效提升器件性能的加工方法。在该研究中，研究团队设计并制造了 (Al_xGa_1–x)₂O₃/Ga₂O₃ 异质结构场效应晶体管，并开发了超临界等静压二氧化碳（SCIP-CO₂）技术，在三维等静压环境中诱导器件内部发生自氧化还原反应。通过自氧化和还原，SCIP-CO₂ 处理有效地修复了悬空键，减少了材料中的缺陷，从而提高了器件性能。该过程仅利用器件中 Ni 和 Al₂O₃ 层自还原反应产生的 O 原子来修复缺陷，未引入其他物质。经过 SCIP-CO₂ 处理后，器件的导通电流大幅增加，亚阈值摆幅从 500 降至 440 mV/dec，跨导从 15.9 提升至 24.3 μS，界面缺陷密度从 6.5 × 10¹² 降至 2.4 × 10¹² cm^–2，栅极漏电流显著降低。这证明了在器件完成制造工艺后，SCIP-CO₂ 处理能够进一步提升器件性能。器件电学性能的全面优化表明了 SCIP-CO₂ 技术在下一代功率电子器件中的巨大潜力。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.4c21796