【国际论文】用于 NMOS 逆变器的高迁移率宽带隙非晶氧化镓薄膜晶体管

        由美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究团队在学术期刊《Applied Physics Reviews》发布了一篇名为High-mobility wide bandgap amorphous gallium oxide thin-film transistors for NMOS inverters（用于 NMOS 逆变器的高迁移率宽带隙非晶氧化镓薄膜晶体管）的文章。

摘要

        宽带隙氧化镓薄膜晶体管（TFT）在下一代可持续节能功率电子领域具有巨大潜力。特别是非晶氧化物通道具有固有优势，可基于低温工艺实现大规模生产，并与成本效益的大尺寸玻璃兼容。在此，我们开发了氢缺陷终止技术，用于制备n型氧化物TFT的非晶氧化- GaOx（a-GaOx）沟道，并展示了高迁移率的a-GaOx-TFT，其饱和迁移率（μ_sat）约为31 cm² V⁻¹ s⁻¹，阈值电压（V_th）约为3.3 V，开关比约为10⁸，次阈值摆幅值（s值）约为1.17 V·dec⁻¹。研究发现，通道制备过程中的氧气条件，即薄膜沉积过程中的氧分压和后热退火大气，对氧化镓TFT的性能至关重要，而次能隙缺陷源自低价态Ga+和过量氧气，而不是氧空位，对器件性能有很大影响。这一发现解释了为什么氧化镓TFT的发展大大落后于其他氧化物TFT。我们还制备了耗尽型和增强型a-GaOx-TFT，并开发了具有高电压增益∼200和足够噪声裕度的全摆幅零V_GS负载逆变器。本研究展示了氧化镓通道用于下一代电子应用的低温加工n型氧化物TFT的高潜力。

图1. (a) a-GaOx-TFT 器件结构示意图和沟道区域的光学显微镜图像（比例尺：200 μm）。(b) a-GaOx-TFT 在 V_DS = 20 V 时的传输特性变化，该薄膜是在 5、10 和 20 mTorr 条件下使用不同的沉积 PO₂ 在 RT 条件下沉积而成。提取的 TFT 基本参数 (c) μ_sat 和 V_th、(d) 开/关电流比和 s 值随沉积 PO₂ 的变化而变化。(e) 在 a-GaOx 沟道沉积过程中，沉积薄膜电导率随 PO₂ 的变化。