摘要：由西安电子科技大学的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters 发布了一篇名为1.96 kV p-Cr2O3/β-Ga2O3 heterojunction diodes with an ideality factor of 1.07（1
由西安电子科技大学的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters 发布了一篇名为 1.96 kV p-Cr2O3/β-Ga2O3 heterojunction diodes with an ideality factor of 1.07（1.96 kV p-Cr2O3/β-Ga2O3 异质结二极管，理想因子达到 1.07）的文章。
项目支持
该项研究国家自然科学基金委员会（NSFC）的支持和资助（Grant No. 62222407）。该研究还得到了广东省基础与应用基础研究基金的资助（Grant No. 2023B1515040024）
背 景
β-Ga2O3 作为超宽禁带半导体材料，具有约4.8 eV的带隙和 8 MV/cm 的临界击穿场强(Ec)，是高功率电子器件的重要材料。但目前仍缺乏可控的 p 型 Ga2O3，使得其在双极型器件发展上受限。为此，研究通常采用外部 p 型氧化物（如 NiO、Cu2O、Cr2O3 等）与 n型 Ga2O3 形成异质结结构（HJD）。其中，Cr2O3 由于其热稳定性和宽带隙（~3.6 eV）而成为新兴候选材料，但其此前应用于 Ga2O3 器件中尚未实现高击穿电压。研究即致力于通过 p-Cr2O3/n-Ga2O3 异质结结构实现高电压、低泄漏、稳定性的二极管器件。
主要内容
该文章报道了一种具备千伏级击穿电压（BV）的 p-Cr2O3/n-Ga2O3 垂直异质结二极管（HJD）。其中，p 型氧化铬（Cr2O3）薄膜通过磁控溅射沉积而成，厚度约为 20 nm，空穴浓度为 1 × 1016 cm−3。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）表征显示，Ga2O3 薄膜呈多晶结构。在室温条件下，器件（半径 40 μm）表现出 1.7 V 的开启电压（Von）、4.6 mΩ·cm2 的单位面积导通电阻（Ron,sp），以及高达 1.96 kV 的击穿电压。尤其值得注意的是，该器件的理想因子（η）为 1.07，是目前所有已报道 Ga2O3 异质结二极管中最接近理想值1的，表明其 p-Cr2O3/n-Ga2O3 异质结界面质量极高。此外，在 75 °C 和 150 °C 条件下，该器件仍保持分别为 1.63 kV 和 1.4 kV 的击穿电压，显示出良好的高温稳定性和高功率应用潜力。
首次实现理想因子极低（1.07）的 Ga2O3 异质结二极管，表明界面缺陷极低、传输接近理想热发射机制。20nm厚 Cr2O3 即实现1.96 kV 击穿电压与低泄漏电流，展现出极佳的电场调控效果。无需边缘终止结构即可获得高击穿特性，简化器件结构设计。在150°C 下仍维持1400V 的击穿电压，适用于高温应用场景。总 结
该团队已制造出了具有千伏级 BV 和 1.07 的超低 η/neth 的 p-Cr2O3/n-Ga2O3 HJD。半径为40μm 的二极管实现了 835 MW/cm2 的P-FOM，Ron,sp为4.6 mΩ·cm2，BV为1.96 kV，低IR
图片示例
图 1. (a) 垂直 p-Cr2O3/n- β-Ga2O3 HJD 的二维横截面示意图。(b) HJD 的 HRTEM 图像，以及 (c) Cr2O3/ Ga2O3 界面的 HRTEM 图像，右侧放大的插图描述了晶格结构图像，显示了 Cr2O3 的多晶结构。(d) (b) 中虚线框区域的 EDS 元素分析结果。(e) 在蓝宝石衬底上制备的 20 nm Cr2O3 薄膜的 HRXRD 2θ-ω 光谱。
图 2. (a) HJD 的 C-V 和 1/C2 -V 特性，提取的 Vbi 为 2.20 V。
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来源：宽禁带联盟
