随着电力电子技术在汽车电子、医疗器械、航空航天等领域的应用越来越广泛，宽禁带半导体材料与器件的研究和发展也进入了加速阶段。氧化镓（Ga2O3）作为新一代超宽禁带半导体的典型代表，具有较高的击穿场强、较大的外延尺寸和较低的衬底制造成本，是下一代功率半导体器件的理想材料。然而，目前基于氧化镓的功率二极管主要关注击穿电压的提升和导通电阻的降低，对开启电压的研究有待进一步挖掘。高的开启电压将会大幅增加功率器件的开关损耗，从长远来看不利于氧化镓基功率器件的实际应用。

西安电子科技大学郝跃院士团队马晓华教授、郑雪峰教授、何云龙副教授等，针对氧等离子体处理对氧化镓基功率二极管的影响开展研究，通过设计三种器件（N2O等离子体处理、O2等离子体处理和无处理），对比分析含氧等离子体处理对Ga2O3肖特基二极管开启电压、导通电阻、击穿电压、界面特性的影响。研究发现，N2O等离子体处理可以有效降低二极管的开启电压，且可以通过降低缺陷密度提升器件的击穿电压。

首先对三种器件的正向特性进行测试研究。结果显示N2O等离子体处理、O2等离子体处理和无处理器件的开启电压分别为0.6V、1.1V和0.8V，导通电阻分别为3.5mΩ·cm2、4.2mΩ·cm2和4.0mΩ·cm2。研究发现，N2O等离子体处理二极管的开启电压和导通电阻均得到有效降低。通过三种器件的温度稳定性研究发现，器件开启电压随温度升高有减小的趋势；N2O处理的器件在473 K时泄漏电流显著增加；O2处理的器件开启电压随温度变化更明显。

图 器件的正向IV特性曲线

通过X射线光电子能谱学分析，发现N2O等离子体处理后氧化镓材料表面会在19.48 eV处形成Ga-N键，弱GaN的形成是器件开启电压降低的原因。最后通过对器件进行了反向击穿特性和陷阱态特性研究，发现N2O等离子体处理和O2等离子体处理均能提升二极管器件的击穿电压；陷阱态信息表明，含氧等离子体处理能有效填充氧空位从而降低阳极区域的缺陷，有助于改善Ga2O3肖特基二极管的性能。

该成果以“Research on theβ-Ga2O3 Schottky barrier diodes with oxygen-containing plasma treatment”为题，发表于《Applied Physics Letters》。何云龙副教授为论文第一作者，马晓华教授和郑雪峰教授为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等科研项目基金的资助。

文章信息：Yunlong He, Baisong Sheng, Yuehua Hong, Peng Liu, Xiaoli Lu, Fang Zhang, Xichen Wang, Yuan Li, Xuefeng Zheng*, Xiaohua Ma*, Yue Hao. Research on theβ-Ga2O3 Schottky barrier diodes with oxygen-containing plasma treatment[J]. Applied Physics Letters, 2023, 122(16).

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0145659