【国际论文】通过原位透射电子显微镜了解 Ga₂O₃ 宽带隙半导体中的相位稳定和转变

        近期，由美国桑迪亚国家实验室的研究团队在学术期刊Microscopy and Microanalysis发布了一篇名为Understanding Phase Stabilization and Transformations in Ga₂O₃ Wide-Bandgap Semiconductors Through In Situ Transmission Electron Microscopy（通过原位透射电子显微镜了解 Ga₂O₃ 宽带隙半导体中的相位稳定和转变）的文章。

摘要

        宽带隙（约4.8 eV）半导体氧化镓（Ga₂O₃）在高功率电子和紫外光检测应用中具有重要的研究意义。在其四种公认的多晶型中——三方α，单斜β，立方γ和正交κ（ε）——β相被计算为热力学上最稳定的多晶型，而γ相则是最不稳定的。在高功率电子学中，β-Ga₂O₃是最广泛使用的，尽管其具有热力学稳定性，但在生长β-Ga₂O₃薄膜时，特别是在掺杂（如Ge、Sn或Si）、合金化（如Al或Mg）或在一些接触金属化界面上，常常会形成逆尖晶石结构的γ-Ga₂O₃夹杂物。这些γ夹杂物对基于β-Ga₂O₃的器件性能的潜在有害影响尚未得到充分研究，其形成机制仍然是推测性的。κ-Ga₂O₃相表现出优异的紫外光检测特性，但非常难以稳定。最近有报道指出，在低温沉积过程中轻微掺杂可能有助于κ相的生长，但其结构和热稳定性仍是重要的未解问题。

        在此，我们介绍了应用像差校正和原位环境扫描/透射电子显微镜（S/TEM），结合其他原位和非原位技术，来理解这些相变的性质和形成机制。研究了在（100）MgAl₂O₄衬底上异质外延生长的Ga₂O₃薄膜中，处理条件和随后的热处理对β相和γ相Ga₂O₃生长及相变的影响。除了确定各种相（及其混合物）的关键生长和稳定性区域外，还揭示了这些动态背后的机制以及衬底的驱动作用。在蓝宝石上生长的Sn掺杂薄膜中研究了κ相Ga₂O₃的结构和稳定性，从而更全面地理解了该系统。这两个系统都强调了原位S/TEM在研究这些系统中的价值，其独特的空间分辨率、时间分辨率和化学灵敏度的结合提供了深入见解。

原文链接：doi.org/10.1093/mam/ozae044.794