由日本東京大學(xué)與NCT的研究團隊在學(xué)術(shù)期刊 Applied Physics Express 發(fā)布了一篇名為 Temperature dependence of barrier height in Ni/β-Ga₂O₃ Schottky barrier diode precisely determined by the analysis based on thermionic emission-diffusion model（基于熱電子發(fā)射-擴散模型分析精確確定的 Ni/β-Ga₂O₃ 肖特基勢壘二極管勢壘高度的溫度依賴性）的文章。

1. 背景

β-氧化鎵（β-Ga₂O₃）作為下一代功率器件應(yīng)用的關(guān)鍵材料之一，其中肖特基勢壘二極管（SBD）是其最基本的器件之一。肖特基勢壘高度（SBH）是決定 SBD 性能最關(guān)鍵參數(shù)之一。傳統(tǒng)的分析方法通常僅使用純熱電子發(fā)射（TE）模型來從電流-電壓（I-V）曲線中提取 SBH。然而，對于像 Ga₂O₃ 這樣具有相對較低電子遷移率的寬禁帶半導(dǎo)體，載流子在耗盡區(qū)的輸運過程實際上是熱電子發(fā)射和漂移-擴散過程的結(jié)合。僅使用 TE 模型會導(dǎo)致提取出的 SBH 出現(xiàn)顯著的溫度依賴性，并可能得到不符合物理實際的理查德森常數(shù)，這使得參數(shù)的準確性存疑。因此，需要一種更精確的物理模型來準確描述其電流輸運機制并提取真實的勢壘高度。

2. 主要內(nèi)容

在 303 至 573 K 的溫度范圍內(nèi)，對 Ni/β-Ga₂O₃ 肖特基勢壘二極管的勢壘高度隨溫度的變化進行了研究。通過電容-電壓（C-V）測量得到的勢壘高度隨溫度升高略有下降，溫度系數(shù)為 -0.51 毫電子伏/開爾文。由于β-氧化鎵中的電子遷移率不高，因此采用熱電子發(fā)射 - 擴散（TED）模型對電流 - 電壓（I-V）測量結(jié)果進行分析。從 C-V 和 I-V 測量中得到的溫度系數(shù)一致，為 -0.49 ± 0.02 毫電子伏/開爾文，這表明鎳/β-氧化鎵勢壘高度的溫度依賴性源于帶隙的收縮（導(dǎo)帶最小值的降低）。

3. 創(chuàng)新點

● 首次系統(tǒng)地將熱電子發(fā)射-擴散（TED）模型應(yīng)用于分析 β-Ga₂O₃ SBD 的電流輸運機制，并指出這是比傳統(tǒng) TE 模型更精確、更符合物理實際的模型。

● 提出并驗證了一種能夠精確提取真實肖特基勢壘高度的新方法，該方法消除了由傳統(tǒng)分析方法引入的虛假的溫度依賴性。

● 通過模型分析，清晰地區(qū)分了熱電子發(fā)射和擴散過程對 Ga₂O₃ SBD 總電流的貢獻，加深了對其電流輸運物理機理的理解。

4. 總結(jié)

本研究在 303 K ~ 573 K 的溫度范圍內(nèi)對 Ni/β-Ga₂O₃ 結(jié)型二極管（SBD）的 I–V 和 C–V 特性進行了研究。由于 β-Ga₂O₃ 中的電子遷移率不高，因此有效擴散速度與電子熱速度相差不大。因此，為了獲得精確的勢壘高度，即使在室溫下，也應(yīng)使用 TED 模型來分析正向 I–V 特性。基于 TED 模型分析獲得的勢壘高度與 C–V 測量結(jié)果顯示出良好的一致性。通過 C–V 和 I–V 測量獲得的勢壘高度溫度系數(shù)（−0.49 ± 0.02 meV/K）一致。這種溫度依賴性源于帶隙的縮?。▽?dǎo)帶最低點的降低）隨溫度升高而發(fā)生。這些結(jié)果對設(shè)計和理解基于肖特基結(jié)的 β-Ga₂O₃ 器件具有重要意義。