【国际论文】原位MOCVD Al₂O₃/β-Ga₂O₃和Al₂O₃/β-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃ MOSCAP的电学和结构表征

        由美国俄亥俄州立大学的研究团队在学术期刊 Journal of Applied Physics 发布了一篇名为 Electrical and structural characterization of in situ MOCVD Al₂O₃/β-Ga₂O₃ and Al₂O₃/β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ MOSCAPs（原位 MOCVD Al₂O₃/β-Ga₂O₃ 和 Al₂O₃/β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ MOSCAP 的电学和结构表征）的文章。

        本研究探讨了通过原位金属有机化学气相沉积（MOCVD）在不同温度下生长的 Al₂O₃ 介电层沉积于 (010) β-Ga₂O₃ 和具有不同铝组分的 β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ 薄膜上的金属-氧化物-半导体电容器（MOSCAPs）的电学与结构特性。在 Al₂O₃/β-Ga₂O₃ MOSCAPs 中，器件的电学性能表现出对 Al₂O₃ 沉积温度的强烈依赖性。当沉积温度为 900 °C 时，观察到电压迟滞显著减小（约 0.3 V），反向击穿电压提高至 74.5 V，对应于 Al₂O₃ 中的击穿电场为 5.01 MV/cm，β-Ga₂O₃ 中为 4.11 MV/cm（在反向偏压下）。相比之下，在 650 °C 沉积下，电压迟滞增大（约 3.44 V），反向击穿电压下降至 38.8 V，Al₂O₃ 和 β-Ga₂O₃ 中的击穿电场分别为 3.69 和 2.87 MV/cm。但该条件下器件在正向偏压下的击穿电场表现出优异性能，从 900 °C 时的 5.62 MV/cm 提高至 650 °C 时的 7.25 MV/cm。高分辨扫描透射电子显微镜（STEM）显示，900 °C 下沉积所得薄膜结晶性更优，界面更加清晰，从而增强了器件的反向击穿性能。在 Al₂O₃/β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ MOSCAPs 中，随着 Al 含量（x）从 5.5% 增加至 9.2%，载流子浓度明显降低，β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ 中的反向击穿电场从 2.55 提高到 2.90 MV/cm，Al₂O₃ 中则从 2.41 提升至 3.13 MV/cm。同时，在正向偏压下，Al₂O₃ 中的击穿电场也随铝含量由 5.5% 增加至 9.2%，从 5.0 提高至 5.4 MV/cm。STEM 成像结果确认了 Al₂O₃ 和 β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ 层具有良好的组分均匀性与化学计量比一致性。上述研究结果表明，Al₂O₃/β-Ga₂O₃ 以及 Al₂O₃/β-(Al_xGa_1−x)₂O₃ MOSCAPs 具备优异的电学性能、高击穿电场与出色的结构质量，凸显其在高功率电子器件应用中的潜力。

图 1. 在 (a) 650 和 (b) 900 °C 下沉积 Al₂O₃ 的 Al₂O₃/β-Ga₂O₃ MOSCAP 的示意图。(c) 不同温度下沉积 Al₂O₃ 的 MOSCAP 的 C-V 特性（频率为 100 kHz）。(d) 从 C-V 曲线中提取的净载流子浓度随深度变化的曲线。

图 2. (a) Al₂O₃/β-Ga₂O₃ MOSCAP 的反向和 (b) 正向 J-V 特性，其中 Al₂O₃ 沉积温度分别为 650 ℃ 和 900 ℃。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0256525