【器件论文】二维 h-BN 夹层对高可靠性 β-Ga₂O₃ 金属绝缘体半导体器件中漏电流机制及器件性能优化的影响

        由南通大学、中国科学院上海技术物理研究所的研究团队在学术期刊 Nanomaterials 发布了一篇名为 Impact of 2D h-BN Interlayer on Leakage Mechanisms and Device Performance Optimization in High-Reliability β-Ga₂O₃ MIS Devices（二维 h-BN 夹层对高可靠性 β-Ga₂O₃ 金属绝缘体半导体器件中漏电流机制及器件性能优化的影响）的文章。

摘要

        超宽带隙半导体 β-Ga₂O₃ 是下一代光电子系统和混合纳米器件的有前景的材料。然而，高界面态密度和异常陷阱辅助漏电流严重限制了其性能和信号传导能力。为了解决这些基本局限性，该团队研究了二维六方氮化硼（h-BN）中间层，利用实验校准的 Sentaurus 技术计算机辅助设计（TCAD）模拟构建了高质量的异质金属/h-BN/β-Ga₂O₃ 结构。能带分析和经验证的电流-电压（I–V）模拟揭示，低维 h-BN 中间层重构了界面势垒，抑制了界面辅助复合，并将主要载流子传输从热电子发射转变为福勒-诺德海姆隧穿。这些效应显著降低了界面态密度，并有效抑制了肖克利-里德-霍尔（Shockley–Read–Hall）复合电流，而这些机制对于最小化暗电流和提高器件灵敏度至关重要。在系统研究关键参数对这种混合架构电特性的影响后，该团队使用综合品质因数量化了阈值电压和导通电阻之间的权衡。具体而言，该团队的结果表明，只有当最佳 h-BN 厚度为 3.56~5.88 nm（10~17 个原子层）时，与适当的金属功函数和半导体掺杂策略性地结合，才能实现最大器件效率。总体而言，本研究表明二维 h-BN 在缓解传统 β-Ga₂O₃ 平台界面瓶颈方面的潜在优势，为下一代光电子器件的异质集成提供了定量设计指南和理论支持。

原文链接：

https://doi.org/10.3390/nano16150961