【国内论文】燕山大学---低温下β-Ga₂O₃的预测性移动模型

        由燕山大学的研究团队在学术期刊 Electronics 发布了一篇名为 Predictive Mobility Model for β-Ga₂O₃ at Cryogenic Temperature（低温下β-Ga₂O₃ 的预测性移动模型）的文章。

        本研究部分得到了国家自然科学基金（项目编号：U21A20501）的支持，部分得到了中国河北省创新能力提升项目（项目编号：22567605H）的支持。

        作为新兴半导体材料的代表，氧化镓具有出色的性能，其带隙宽达 4.9 eV，击穿场强高达 8 MV/cm，Baliga 优值可达 3444 MW/cm²。上述研究成果表明，β-Ga₂O₃ 在高压和高功率电子器件领域展现出巨大的应用潜力。与硅（Si）和氮化镓（GaN）等已广泛研究的材料相比，目前对 β-Ga₂O₃ 的研究仍主要集中在大尺寸单晶的开发以及器件设计的优化上。尽管在实验研究和应用开发方面已取得初步成果，但针对该材料电学性能的深入研究，尤其是迁移率模型方面，尚不系统，这限制了其在高性能电子器件中的应用。

        本文研究了 β-Ga₂O₃ 中载流子的输运特性以及影响载流子的各种散射机制。通过整合不同掺杂水平和晶体取向的影响，建立了 β-Ga₂O₃ 迁移率模型。此外，利用霍尔效应测试系统结合真空沉积技术，对 Sn 掺杂的 n 型（100）和（001）β-Ga₂O₃ 进行了系列变温迁移率测试，测试温度范围为 15 至 300  K。对实验数据进行详尽分析和拟合，得到了表征不同晶体取向和掺杂水平的 β-Ga₂O₃ 迁移率模型。

        在这项工作中，研究了 β-Ga₂O₃ 中载流子的输运特性，以及诸如晶格振动、杂质散射和界面效应等内在物理机制。通过采用真空沉积技术制备欧姆接触电极，并利用霍尔效应测量系统在低温下测试了 Sn掺杂的 n 型(100)和(001) β-Ga₂O₃ 样品的温度依赖性迁移率，从而表征了载流子迁移率在高场下的行为。通过基于理论输运模型研究温度对散射机制的影响，开发出了一个 β-Ga₂O₃ 迁移率的预测模型。实验中测得的 β-Ga₂O₃ 迁移率随温度和掺杂浓度的变化结果在 15-300 K的温度范围内与理论模型表现出良好的一致性。预测模型与实验数据之间的最大误差小于 5%。这项研究为 β-Ga₂O₃ 器件的设计和仿真提供了宝贵的理论见解。

        ● 构建了 β-Ga₂O₃ 在低温条件下的预测性迁移率模型。

        ● 实验系统对比了 β-Ga₂O₃ (100) 与 (001) 晶面的迁移率差异。

        ● 该研究建立的 β-Ga₂O₃ 迁移率模型及其对各种散射机制的深入理解，为 β-Ga₂O₃ 器件的设计和仿真提供了宝贵的理论见解和准确的数据支持。

        研究人员成功地在极宽的温度范围对 β-Ga₂O₃ 的迁移率进行了全面测试。在将经验数据与理论迁移率模型进行仔细比对后，开发出了一个强大的氧化镓迁移率模型。该模型概括了载流子迁移率与温度之间的关系，为理解氧化镓在各种热条件下的行为提供了预测性框架。

图1。(a) 展示了电极蒸发完成后 β-Ga₂O₃ 样品及其安装情况。(b) 展示了连接到霍尔效应测量设备样品夹具上的 β-Ga₂O₃ 样品。

图2. β-Ga₂O₃ 迁移率-浓度依赖关系的拟合曲线。(a)图展示了 β-Ga₂O₃ (001) 晶面的拟合结果，而 (b)图描绘了 (100) 晶面的拟合结果。

DOI：

doi.org/10.3390/electronics14112120