【器件论文】基于 p-Cr₂O₃ 异质结阱的 β-Ga₂O₃ 结势垒肖特基二极管的 TCAD 研究

        由越南维新大学的研究团队在学术期刊 RSC Advances 发布了一篇名为 TCAD investigation of β-Ga₂O₃ junction barrier Schottky diode with p-Cr₂O₃ heterojunction wells（基于 p-Cr₂O₃ 异质结阱的 β-Ga₂O₃ 结势垒肖特基二极管的 TCAD 研究）的文章。

摘要

        尽管 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管（SBD）在高电压功率应用中具有广阔前景，但缺乏有效的 p 型掺杂严重限制了结基器件的实现。本文采用 TCAD 模拟，对一种垂直 β-Ga₂O₃ 结势垒肖特基（JBS）二极管进行了数值研究，该二极管包含一个相互连接的 p 型氧化铬（p-Cr₂O₃）阱网格。宽禁带 p-Cr₂O₃ 在 Cr₂O₃/Ga₂O₃ 异质结处表现出 2.65 eV 的有利价带偏移和低至 1.07 的理想因子，能够在无需对 β-Ga₂O₃ 进行 p 型掺杂的情况下形成有效的 p 型区域。模拟的 β-Ga₂O₃ JBS 二极管具有约 0.8 V 的开启电压、3.0 V 正向电压下 52.8 A·cm⁻² 的正向电流密度以及 800 V 下 2.0 mA·cm⁻² 的低反向漏电流密度。与传统 SBD 相比，模拟的 JBS 二极管击穿电压从 390 V 提高到 950 V，而比导通电阻仅略有增加（从 45.4 增加到 47.8 mΩ·cm²），使得 Baliga 品质因数达到 18.88 MW·cm⁻²。模拟结果进一步表明，当 p-Cr₂O₃ 受主浓度 N_A=5.0×10¹⁶ cm⁻³ 且 p 阱间距 W_S=4 µm 时，器件性能达到最优，此时漂移区内的电场分布变得更加均匀。温度依赖性模拟预测，在高达 450 K 的温度下，器件可实现稳定的单极性工作。这一预测性设计框架为 Cr₂O₃/β-Ga₂O₃ JBS 整流器的实验实现提供了有价值的物理见解和设计指南，表明所提出的异质结构能有效绕过 p 型掺杂瓶颈，为下一代高压高温 β-Ga₂O₃ 功率整流器提供了一条可行途径。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/d6ra02684b