【器件论文】具有优异电子与热性能的晶格匹配氮化物-氧化物 HEMT 器件

        由印度坎普尔印度理工学院的研究团队在学术期刊 Journal of Applied Physics 发布了一篇名为 Lattice-matched nitride-oxide HEMTs with superior electronic and thermal performance（具有优异电子与热性能的晶格匹配氮化物-氧化物 HEMT 器件）的文章。

摘要

        β-Ga₂O₃ 因其具有较大的能带隙（E_g=4.4–4.8 eV）、约 7–8 MV/cm 的高击穿场强以及可熔融生长的大面积块状衬底而备受关注，被广泛应用于高功率器件。（Al_xGa_1−x)₂O₃/Ga₂O₃ 基异质结构器件也已实现，用于高功率和高频应用。然而，这些器件的性能受到限制，因为难以生长高 Al 组分的 β-(Al_xGa_1−x)₂O₃，导致导带偏移较低。此外，β-Ga₂O₃ 的低热导率可能导致严重的自热效应和器件潜在的早期失效，从而限制了其在高温和高功率电子学中的应用。在本研究中，该团队对（0001）取向的 III 族氮化物（AlN、GaN、BN 和 InN）与（-201）取向的 β 相 III 族倍半氧化物（Al₂O₃、Ga₂O₃ 和 In₂O₃）及其合金之间的异质结中的晶格失配进行了深入分析。该团队发现，AlN/β-(In_0.21Ga_0.79)₂O₃ 异质结具有良好的晶格匹配性，且导带偏移较高，同时在界面处诱导出极化电荷诱导的二维电子气（2DEG），其密度约为 β-(Al_0.2Ga_0.8)₂O₃/Ga₂O₃ 界面理论上可实现的最大 2DEG 载流子密度的 23 倍。通过在不同冷却条件下进行详细的热模拟，该团队发现，与基于 β-(Al_0.2Ga_0.8)₂O₃/Ga₂O₃ 的异质结金属绝缘体晶体管（HEMTs）相比，AlN/β-(In_0.21Ga_0.79)₂O₃ HEMTs 的自热效应显著降低（RTH 降低约 41%）。此外，该团队还使用了一个基于物理的紧凑模型来计算这些结构在存在自热效应的情况下实际可实现的电流密度。对于相似的温升，该团队发现 AlN/β-(In_0.21Ga_0.79)₂O₃ HEMTs 在载流能力和功率处理能力方面比 β-(Al_0.2Ga_0.8)₂O₃/Ga₂O₃ HEMTs 优越约 5 倍。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0281648