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化学作用对β-Ga2O3(100)衬底化学机械抛光的影响
摘要： 化学机械抛光（CMP）是实现脆性材料Ga?O?晶体超精密加工并获得超光滑无损晶体表面的关键工艺步骤。鉴于化学作用直接影响CMP效果，本研究探讨了Ga?O?在CMP过程中的化学辅助抛光机制。首先采用H?PO?和NaOH调节抛光液pH值，将该抛光液用于Ga?O?的CMP实验，并分别在H?PO?和NaOH溶液中进行Ga?O?腐蚀测试；其次分析了不同酸碱体系抛光液对抛光效果的影响；最后通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）评估腐蚀作用对晶体表面化学结构的影响。结果表明：H?PO?配制的抛光液比NaOH配制的更适用于Ga?O?的CMP，抛光效率提升约20%，表面质量改善，获得0.21 nm的表面粗糙度。本研究为Ga?O?抛光液的配制提供了参考依据。
关键词： 蚀刻、氧化镓、化学机械抛光
更新于2025-09-10 09:29:36
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掺锰β-氧化镓的电子结构与磁性能
摘要： Ga?O?是高功率、高压器件的有前途候选材料。本研究基于密度泛函理论，分析了纯β-Ga?O?的能带结构以及轨道耦合对Mn掺杂β-Ga?O?电子结构的影响。Mn掺杂在带边附近引入杂质能带，导致Ga?O?带隙减小。当Mn掺杂仅替代八面体配位的Ga原子时，掺杂体系具有最稳定的结构和铁磁性，蒙特卡洛模拟预测居里温度为421K。室温铁磁性可归因于强p-d耦合和O-2p轨道的离域化。氧空位和镓空位分别在带隙中引入深施主能级和受主能级。由于Mn掺杂的价态变化，当衬底获得更多载流子时，Mn掺杂会从施主转变为受主。我们的结果不仅解释了实验中观察到的电子和磁学性质，还为设计高性能Ga?O?基器件提供了理论模型。
关键词： β-氧化镓，密度泛函理论，电子结构，铁磁性
更新于2025-09-10 09:29:36
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氧化镓肖特基势垒二极管的热特性分析
摘要： β-氧化镓（Ga2O3）具有更高的临界电场强度，有望推动下一代功率电子器件的发展——相比当前基于4H碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的先进宽禁带器件，这种新型材料能在尺寸、重量、功率及效率方面实现显著提升。然而由于该材料热导率较低，预计Ga2O3器件将面临严重的散热问题。本研究采用热反射成像、显微拉曼热成像和红外热显微镜等多种光学热成像技术，系统分析了不同工作状态下Ga2O3肖特基势垒二极管中的自热效应。通过三维电-热耦合建模验证实验结果并阐明器件结构产热机制。测量的表面与截面温度场表明：器件与电路工程师需重点关注阳极/Ga2O3界面附近和/或轻掺杂漂移层在正向偏压及高压反向偏置条件下产生的集中发热现象。本研究表明，要充分发挥Ga2O3材料体系的潜力，必须采用电-热协同设计技术和表面热管理解决方案。
关键词： 肖特基势垒二极管、热特性表征、电热建模、氧化镓、光学热成像
更新于2025-09-10 09:29:36
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通过室温反向金属辅助化学蚀刻制备的纳米级沟槽纹理β-Ga?O?及具有增强响应度的光电二极管
摘要： β-Ga2O3是一种新兴的宽禁带半导体，在下一代功率电子和光电子领域极具应用前景。过去几年中，基于β-Ga2O3的紫外光电探测器一直是研究热点。然而目前尚未有研究展示过通过微纳结构表面织构实现β-Ga2O3光电器件高效光管理的方法。我们首次报道了采用独特室温液相金属辅助化学刻蚀(MacEtch)技术制备的纳米沟槽织构化β-Ga2O3金属-半导体-金属光电二极管。虽然织构表面化学计量比显示约10%的氧缺位导致肖特基势垒高度降低和暗电流增大，但与未处理的平面表面相比，其响应度显著提升。MacEtch技术对β-Ga2O3适用性的实现，为该材料制备更精密的器件结构开辟了道路，且无需采用传统干法刻蚀可能造成的损伤。
关键词： 响应度、β-氧化镓、纳米级沟槽纹理、光电二极管、金属辅助化学蚀刻
更新于2025-09-10 09:29:36
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氧化镓 || MOVPE法生长Ga2O3的进展
摘要： 半导体倍半氧化物（尤其是Ga?O?）数十年来已为人所知[1-3]，但直到最近几年才被大规模研究。这主要归功于大尺寸单晶生长技术[4-9]以及同质/异质外延层技术[10-15]的发展。能够生长缺陷密度相对较低的单晶和薄膜，除了已知的透明导电氧化物（TCO）电极应用外，还开辟了新的应用领域：(i) 氮化镓外延层衬底；(ii) 高功率晶体管；(iii) 紫外探测器。
关键词： 同质外延、β-氧化镓、金属有机气相外延、ε-氧化镓、氧化镓、异质外延
更新于2025-09-09 09:28:46
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氧化镓 || 氧化镓的分子束外延生长与表征
摘要： 氧化镓（Ga2O3）是一种超宽禁带（UWBG）氧化物半导体，其间接禁带宽度为4.5-5.2电子伏特。β相（β-Ga2O3）被普遍认为是Ga2O3多种晶体相（或同素异形体）中最稳定的形态。由于其宽禁带特性，该材料在紫外至可见光波段具有透明性。它最初作为发光二极管等光学器件的透明导电氧化物（TCO）被广泛研究，也曾用作砷化镓金属氧化物半导体（MOS）结构中的栅极介质。β-Ga2O3可通过直拉法、浮区法（FZ）和导模法（EFG）等常压熔融生长技术制备，能提供低成本的大尺寸块体衬底。相较于氮化镓及同类III族氮化物半导体，大尺寸Ga2O3衬底的商业化供应在诸多电学与光学器件应用中具有显著优势。除超宽禁带材料的固有优势外，这些衬底还为功率电子器件提供了高质量晶体平台，满足其对高结晶质量、低缺陷密度材料及精确掺杂控制能力的需求。
关键词： β-氧化镓，分子束外延生长，氧化镓，超宽禁带，异质外延，同质外延
更新于2025-09-09 09:28:46
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采用氮离子和硅离子注入掺杂工艺制备的垂直β-Ga2O3 MOSFET器件
摘要： 在块状β-Ga2O3(001)衬底上生长的卤化物气相外延漂移层上，研发了具有电流孔径的耗尽型垂直Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管。采用三次离子注入工艺分别制备n++源区、横向n沟道和p型电流阻挡层，其中选择Si和N分别作为施主与深能级受主掺杂元素。该晶体管实现了0.42 kA/cm2的漏极电流密度、31.5 mΩ·cm2的比导通电阻以及超过10?的输出电流开关比。当前器件的高压性能受限于关态下较大的栅极氧化场导致的高栅极漏电，这一限制可通过优化掺杂方案和改进栅介质来轻松克服。基于全离子注入工艺（具备高度可制造性）的平面栅垂直Ga2O3晶体管的成功研制，极大提升了基于Ga2O3的功率电子器件的发展前景。
关键词： 垂直晶体管、功率MOSFET、离子注入、氧化镓、电流孔径
更新于2025-09-09 09:28:46
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氧化镓 || 溅射沉积氧化镓的特性
摘要： 近年来，宽禁带氧化物（如ZrO?、Y?O?、HfO?、La?O?、Ga?O?和GeO?）因其广泛的光学、电子与光电子、光子学及磁电子器件应用而备受关注[1-12]。其中，氧化镓（Ga?O?）凭借其独特的物理、化学及电子特性，正逐渐成为科研界关注的焦点，这些特性可广泛应用于多种技术领域。尽管前景广阔，但包括Ga?O?在内的这类宽禁带材料的特性与潜在应用尚未被充分探索——这一观点常被多个研究团队提及。
关键词： 光学性能、宽带隙氧化物、机械性能、氧化镓、溅射沉积
更新于2025-09-09 09:28:46
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氧化镓 || β-氧化镓中的低场与高场输运
摘要： β-Ga2O3近期作为一种新型宽禁带半导体崭露头角，在功率电子和光电子领域展现出巨大应用潜力。过去五年的实验进展为该材料在未来实现商业化器件应用奠定了重要基础[1-7]。成熟的晶体生长与加工技术进一步增强了其应用前景[8-10]。在功率电子应用方面，基于该材料的MOSFET器件已实现创纪录的耐压能力[11,12]。由于n型掺杂工艺成熟而p型掺杂难度较大，电子成为β-Ga2O3中的主要载流子。虽然其电子迁移率低于其他宽禁带半导体，但研究发现该材料具有更优异的Baliga优值（综合考量导通电阻与击穿电压）[4]。因此深入研究β-Ga2O3材料特性背后的基本原理，有助于理解控制迁移率和击穿电压的关键因素。现有理论研究涵盖了电子结构[13]、光学性质[14]、晶格动力学与介电性质[15]以及热学性质[16,17]等基础材料特性。迁移率（及器件导通电阻）和击穿电压的核心物理机制均源于电子输运现象。已有若干实验研究通过霍尔测量尝试表征β-Ga2O3中的电子输运与散射机制，报道了电子迁移率的温度依赖性和晶向依赖性[18,19]。我们则从第一性原理出发，系统开展β-Ga2O3电子输运的理论研究[20-22]，旨在通过自下而上的方法建立对近平衡与非平衡电子动力学的认知。与传统半导体不同，β-Ga2O3具有低对称性晶体结构和较大原胞，由此产生多种声子模式，导致适用于Si和GaAs的传统电子输运理论在β-Ga2O3中往往不完全适用。本章将基于近年研究成果，全面阐述β-Ga2O3在低至中等高电场条件下的电子输运特性。
关键词： 电子-声子相互作用、β-氧化镓、电子迁移率、功率电子学、光电子学、电子输运、速度-电场曲线、宽禁带半导体
更新于2025-09-09 09:28:46
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氧化镓 || 来自β-Ga2O3晶体的电子顺磁共振（EPR）
摘要： 电子顺磁共振（EPR）常用于识别和表征半导体与绝缘体中具有未配对自旋的缺陷与杂质[1-4]，例如施主、受主、空位、间隙原子、反位缺陷、小极化子、过渡金属离子及稀土离子。简言之，EPR谱图表现为微波在离散磁场值处的吸收现象，由此可确定未配对自旋体系的能级结构。该技术的核心优势在于其高灵敏度与高分辨率——根据谱线宽度差异，甚至能轻松检测低至十亿分之几的缺陷浓度。每种顺磁缺陷都具有独特的EPR谱图，其反映该缺陷的g矩阵、超精细相互作用矩阵，以及当自旋量子数S大于1/2时的零场分裂特征。一旦确认缺陷种类，即可通过谱图比较不同样品中的缺陷浓度，或监测光激发与热退火过程中缺陷浓度的变化。
关键词： 电子顺磁共振、β-氧化镓、缺陷、半导体、绝缘体、杂质
更新于2025-09-09 09:28:46