超宽禁带半导体Ga2O3微电子学研究进展

半导体材料Ga2O3是继宽禁带半导体材料SiC/GaN之后新兴的直接带隙超宽禁带氧化物半导体,其禁带宽度为4.5~4.9eV,击穿电场强度高达8MV/cm(是SiC及GaN的2倍以上),物理化学稳定性高,在发展下一代电力电子学和固态微波功率电子学领域具有较大的潜力。自2012年第一只Ga2O3场效应晶体管诞生以来,Ga2O3微电子学的研究呈现快速发展态势。本文综述了β-Ga2O3单晶材料和外延生长技术以及β-Ga2O3二极管和β-Ga2O3场效应管等方面的研究进展,介绍了β-Ga2O3材料和器件的新工艺、新器件结构以及性能测试结果,分析了相关技术难点和创新思路,展望了Ga2O3微电子学未来的发展趋势。     

Ga2O3功率器件研究现状和发展趋势

氧化镓(Ga2O3)超宽禁带半导体材料在高频大功率器件领域具有巨大的应用潜力和前景,近几年已成为国内外研发的热点.概述了Ga2O3半导体材料在功率器件应用领域的特性优势和不足,重点介绍了日本、美国和国内的Ga2O3功率半导体器件的研发现状.详细介绍了目前Ga2O3肖特基势垒二极管(SBD)、Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及新型Ga2O3功率器件的最新研究成果.归纳出提高Ga2O3单晶和外延材料质量、优化Ga2O3功率器件结构和制造工艺是Ga2O3功率器件未来的主要发展趋势,高功率、高效率、高可靠性和低成本是Ga2O3功率器件未来的主要发展目标.最后总结了我国与美国、日本在Ga2O3功率半导体领域的技术发展差距,以及对未来我国在Ga2O3功率半导体技术方面的发展提出了建议.     

氨化Ga2O3和金属Ga粒混合镓源制备高质量GaN纳米线

在管式炉中用化学气相沉积(CVD)法在高温下用金做催化剂,首次通过氨化Ga2O3和金属Ga粒组成的混合镓源制备出高质量的GaN纳米线.运用SEM,TEM,XRD以及Ramah,PL等表征手段分析了氮化镓纳米线的形貌、结构以及发光性质.最后着重探讨了通过改变镓源的构成、氨化温度以及镓源和生长衬底间的距离等生长条件,研究了...     

Mixed-Alkali Effect in Li2O–Na2O–K2O–B2O3 Glasses: Infrared and Optical Absorption Studies

The mixed-alkali effect (MAE) has been investigated in the glass system (40 ? x)Li₂O–xNa₂O–10K₂O–50B₂O₃ (0 mol% ≤ x ≤ 40 mol%) through density, modulated differential scanning calorimetry (DSC), and optical absorption studies. From the absorption studies, the values of the optical band gap (E _opt) for direct transition and Urbach energy (ΔE) have been evaluated. The values of E _opt and ΔE show nonlinear behavior with the compositional parameter. The density and glass-transition temperature of the present glasses also show nonlinear variation, supporting the existence of MAE. The infrared (IR) spectra of the glasses reveal the presence of three- and four-coordinated boron atoms. The specific vibrations of Li–O, Na–O, and K–O bonds were observed in the present IR study.     

基于HfO2栅介质的Ga2O3 MOSFET器件研制

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在(010) Fe掺杂半绝缘Ga2O3同质衬底上外延得到n型β-Ga2O3薄膜材料,材料结构包括400 nm的非故意掺杂Ga2O3缓冲层和40 nm的Si掺杂Ga2O3沟道层.基于掺杂浓度为2.0×1018 cm-3的n型β-Ga2O3薄膜材料,采用原子层沉积的25 nm的HfO2作为栅下绝缘介质层,研制出Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET).器件展示出良好的电学特性,在栅偏压为8V时,漏源饱和电流密度达到42 mA/mm,器件的峰值跨导约为3.8 mS/mm,漏源电流开关比达到108.此外,器件的三端关态击穿电压为113 V.采用场板结构并结合n型Ga2O3沟道层结构优化设计能进一步提升器件饱和电流和击穿电压等电学特性.     

Enhanced formaldehyde-sensing properties of mixed Fe2O3–In2O3 nanotubes

Pure In₂O₃ and mixed Fe₂O₃–In₂O₃ nanotubes were prepared by simple electrospinning and subsequent calcination. The as-prepared nanotubes were characterized by scanning electron microscopy, powder X-ray diffraction, and energy-dispersive X-ray spectrometry. Gas sensors were fabricated to investigate the gas-sensing properties of In₂O₃ and Fe₂O₃–In₂O₃ nanotubes. Compared to pure In₂O₃, Fe₂O₃–In₂O₃ nanotubes exhibited better gas-sensing properties for formaldehyde at 250 °C. The response of the Fe₂O₃–In₂O₃ nanotube gas sensor to 100 ppm formaldehyde was approximately 33, which is approximately double the response of the pure In₂O₃ nanotube gas sensor. In both cases the response time was ~5 s and the recovery time was ~25 s.     

电阻蒸发Ga2O3薄膜成分和结构的研究

采用电阻蒸发镀膜技术制备了Ga2O3薄膜,并进行了500l℃和800℃的大气热处理。分别用俄歇电子能谱(AES)和X射线衍射(XRD)分析了它们的成分和晶体结构。实验结果表明：采用电阻蒸发镀膜技术制备的Ga2O3,薄膜呈现非晶结构,薄膜成分沿深度方向的均匀性较差。经过500℃热处理后,薄膜转化为单斜结构(B相),薄膜成份的均匀性得到改善。经800℃热处理后,可以得到成份均匀的β-Ga2O3薄膜。并且,在不同的热处理温度下,薄膜的结晶取向也有所不同。     

Si基氨化ZnO／Ga2O3薄膜制备GaN纳米线

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上溅射ZnO中间层和Ga2O3薄膜，然后在管式炉中常压下通氨气对ZnO/Ga2O3薄膜进行氨化，高温下ZnO层在氨气气氛中挥发，而Ga2O3薄膜和氨气反应合成出GaN纳米线．X射线衍射测量结果表明利用该方法制备的GaN纳米线具有沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿结构．利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外透射谱、能量弥散谱及选区电子衍射观测并分析了样品的形貌、成分和晶格结构．研究发现ZnO层的挥发有利于Ga2O3和NH3反应合成GaN纳米线．     

Si基ZnO/Ga2O3氨化反应制备GaN薄膜

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上先溅射ZnO缓冲层，接着溅射Ga2O3薄膜，然后ZnO／Ga2O3膜在开管炉中850℃常压下通氨气进行氨化，反应自组装生成GaN薄膜。XRD测量结果表明利用该方法制备的GaN薄膜是沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿多晶结构的薄膜，利用傅里叶红外吸收光谱仪测量了薄膜的红外吸收谱，利用SEM和TEM观测了薄膜形貌，PL测量结果发现了位于350nm和421nm处的室温光致发光峰。     

Si基氨化ZnO/Ga2O3薄膜制备GaN纳米线

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上溅射ZnO中间层和Ga2O3薄膜,然后在管式炉中常压下通氨气对ZnO/Ga2O3薄膜进行氨化,高温下ZnO层在氨气气氛中挥发,而Ga2O3薄膜和氨气反应合成出GaN纳米线.X射线衍射测量结果表明利用该方法制备的GaN纳米线具有沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿结构.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外透射谱、能量弥散谱及选区电子衍射观测并分析了样品的形貌、成分和晶格结构.研究发现ZnO层的挥发有利于Ga2O3和NH3反应合成GaN纳米线.     

氨化Si基Ga2O3/Ta薄膜制备GaN纳米线

利用磁控溅射技术在Si衬底上制备Ga2O3/Ta薄膜,然后在900℃、氨气中退火合成了大量的一维单晶氮化镓纳米线.用X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶红外吸收光谱、透射电子显微镜、选区电子衍射和光致发光谱对制备的氮化镓进行了表征.结果表明,制备的GaN纳米线是六方纤锌矿结构,其直径大约为50 nm,最大长度可达8 μm左右.室温下光致发光谱的测试发现了364 nm处有较强紫外发光峰.     

Sr3Ga2O5Cl2:Sm3+荧光粉的制备及发光特性

采用传统的高温固相法成功合成了Sr3-xGa2O5Cl2:Sm3+系列橙红色荧光粉。使用X射线衍射仪（XRD）测试了样品的晶体结构,样品的形貌和颗粒尺寸由扫描电子显微镜（SEM）表征,使用荧光光谱仪测试了样品的光致发光光谱和衰减寿命。Sr3Ga2O5Cl2晶相为单斜结构,掺杂的Sm3+离子取代Sr2+的格位成为荧光粉的发光中心。样品的激发光谱由O2-→Sm3+的电荷迁移带和Sm3+离子4f内层电子的特征激发峰组成,位于230 nm、404 nm的激发峰较强。发射光谱的峰值位于565、601、650 nm处,分别对应于Sm3+的4G5/2→6H5/2、4G5/2→6H7/2、4G5/2→6H9/2特征跃迁。样品的发光强度随着Sm3+浓度的增加先增大后减小,最佳掺杂浓度为3.0% mol。根据实验数据对浓度淬灭的原因进行了探讨,浓度淬灭机理为电偶极-电偶极相互作用。     

多层交替结构Ga2O3/ITO深紫外透明导电膜

Ga2O3/ITO alternating multilayer films were deposited on quartz glass substrates by magnetron sputtering.The effect of the multi-period on the structural,optical and electrical properties of Ga2O3/ITO alternating multilayer films was investigated by an X-ray diffractometer,a double beam spectrophotometer and the Hall system,respectively.A low sheet resistance of 225.5Ω/□ and a high transmittance of more than 62.9% at a 300 nm wavelength were obtained for the two-period alternating multilayer film with a thickness of 72 nm.     

Ga2O3:Mn电致发光薄膜的微结构及光谱特性研究

采用电子束蒸发法在硅衬底或BaTiO3陶瓷基片上沉积了Ga2O3：Mn电致发光膜,并进行了不同温度热处理,制备了电致发光器件。用X射线衍射(XRD)分析了Ga2O3：Mn薄膜晶体结构;用荧光分光光度计测试了电致发光器件的发射光谱。研究了Ga：O。：Mn薄膜的晶体结构与其光谱特性之间的关系。实验结果表明,Ga2O3：Mn薄膜结晶度随热处理温度的提高而提高,且晶体结构和结晶取向也随之改变;经500℃热处理的Ga2O3：Mn薄膜电致发光器件发绿光,其光谱主峰分布在495～535nm之间,且随驱动电压增高,谱峰出现蓝移现象。