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【国内论文】工信部电子五所雷志锋研究员团队：氢处理诱导的Ni/Au(001) β-Ga₂O₃肖特基势垒二极管界面态优化

日期：2025-10-28阅读：105

由工信部电子五所雷志锋研究员团队在学术期刊 IEEE Transactions on Electron Devices 发布了一篇名为 Hydrogen Treatment-Induced Interface State Optimization in Ni/Au (001) β-Ga₂O₃ Schottky Barrier Diode（氢处理诱导的 Ni/Au(001) β-Ga₂O₃肖特基势垒二极管界面态优化）的文章。

项目支持

本研究部分由广东省基础与应用基础研究基金（No. 2022A1515111049）资助，部分由国家自然科学基金（No. 12305299）资助。

背景

β-氧化镓（β-Ga₂O₃）因其宽禁带（约4.9 eV）和高临界电场强度而成为一种有前景的功率电子材料，适用于极端环境下的应用。然而，金属-半导体界面缺陷会显著降低器件性能，特别是肖特基势垒二极管（SBD）。氢处理被认为是一种有效的方法，通过氢原子与界面缺陷反应，减少缺陷密度并改善载流子传输。尽管具有潜力，氢处理对 Ni/Au (001) β-Ga₂O₃ SBD 的具体影响尚未得到充分研究。本研究旨在通过电流-电压（I-V）和电容-电压（C-V）测试等电学表征技术，探讨氢处理如何影响 Ni/Au (001) β-Ga₂O₃ SBD 的电学性能及其界面状态。

主要内容

本研究探讨了氢处理对 Ni/Au (001) β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管（SBD）电学性能和界面状态的影响。实验结果表明，经过 100°C 下 168 小时的氢处理后，肖特基势垒高度（Φ_B）从 1.09 eV 降至 1.03 eV，理想因子（n）从 1.14 降至 1.07，正向电流密度（J_F）增加了 20.2%。这些性能的改善归因于氢引起的界面陷阱钝化，这通过低频噪声（LFN）和频率依赖导电性分析得到验证。次级离子质谱（SIMS）分析显示，氢在 Ni/Ga₂O₃ 界面处的浓度显著增加，确认氢原子与界面未饱和键反应，减少了陷阱密度并优化了界面状态。该研究表明，氢处理是一种有效的提高 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管性能的方法，并为其在高功率和极端环境电子器件中的应用提供了宝贵的见解。

创新点

● 氢引起的界面陷阱钝化：本研究通过氢处理有效钝化了 Ni/Ga₂O₃ 界面陷阱，显著提高了 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管的电学性能。

● 低频噪声（LFN）与频率依赖导电性综合表征：采用低频噪声和频率依赖导电性技术对氢处理后界面状态进行表征，提供了更精确的界面缺陷分析。

● 无材料、低温氢处理：提出了一种在低温下进行、无需额外材料的氢处理方法，为 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管的性能提升提供了可扩展且实用的解决方案。

结论

综上所述，本研究证明了氢处理对 Ni/Au (001) β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管电学性能和界面状态的显著影响。氢处理有效地降低了肖特基势垒高度、理想因子和特定开启电阻，同时提高了正向电流密度。这些改进归因于界面陷阱的钝化，通过低频噪声（LFN）和频率依赖导电性分析得到了验证。次级离子质谱（SIMS）显示，在 Ni/Ga₂O₃ 界面处氢浓度显著增加，进一步验证了氢钝化机制。本研究突出了氢处理作为一种有效的、无材料的低温方法在优化 β-Ga₂O₃ 基电子器件性能方面的潜力，尤其对高功率和极端环境应用具有重要意义。