【国际论文】对硅 (100) 上缺氧 β-Ga₂O₃ 薄膜中丰富的电子供体位点和非重叠小极子隧道电导

      近期由美国德克萨斯州立大学的研究团队在学术期刊Applied Physics A发布了一篇名为Enriched electron donor sites and non-overlapping small polaron tunneling electrical conduction in oxygen-deficient β-Ga₂O₃ thin film on p-Si (100)（对硅 (100) 上缺氧 β-Ga₂O₃ 薄膜中丰富的电子供体位点和非重叠小极子隧道电导）的文章。

摘 要

      本文采用脉冲激光沉积（PLD）法在重掺杂p型Si衬底上生长了单斜β-Ga₂O₃薄膜，生长温度为700°C，氧分压为1×10^-2托，以确定其在不同升高温度下的交流电行为，以期应用于恶劣环境。X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）揭示了随机取向的多晶单斜β-Ga₂O₃相，所有可能的Ga和O化学态都存在。通过阻抗分析仪在100 Hz^–1 MHz频域和25至400°C温度范围内测试了β-Ga₂O₃/Si (100)异质结构的电特性，包括阻抗、电容和电导特性。在Nyquist图（Zʹʹ vs. Zʹ）中识别出了三个不同的串联电阻–电容（RC）电路，对应于β-Ga₂O₃薄膜、Si衬底和界面势垒效应，它们的贡献随温度逐渐补偿。实部电介电常数（εr'）随着温度从约5.35（25°C）增加到约293.8（400°C），并表现出基于Koop’s现象论的Maxwell–Wagner型电极化。由于温度依赖的弛豫过程，Cole–Cole图的半径和贡献随着温度的升高而减小。氧空位在β-Ga₂O₃中诱导了增强的电子供体位点，β-Ga₂O₃和Si的交流电导的激活能（Ea）分别估计为约0.87 eV和0.07 eV。频率指数n₁和n₂随温度的变化揭示了两种不同的导电机制：（i）Si (100)衬底的量子机械模型（QMT），以及（ii）β-Ga₂O₃ 的非重叠小极化子隧道导电模型。

DOI：https://doi.org/10.1007/s00339-024-07656-8