最新成果展示：Ga2O3材料數(shù)據(jù)庫的開發(fā)及其在日盲紫外光電探測器中的應(yīng)用

Ga2O3材料是繼Si、SiC及GaN后的第四代寬禁帶半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度高達(dá)4.9 eV，可定向檢測日盲波段的紫外光，且不受太陽光背景輻射的影響，使得該材料有天然的日盲特性。日盲紫外光電探測器憑借其良好的抗干擾能力在紫外通信、火災(zāi)監(jiān)測以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近期，天津賽米卡爾科技有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了完善的Ga2O3材料數(shù)據(jù)庫，并利用TCAD仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建了如圖1所示的基于金屬柵結(jié)構(gòu)的Ga2O3/AlGaN/GaN基日盲紫外探測器。

圖1.(a)具有金屬柵結(jié)構(gòu)的Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探測器結(jié)構(gòu)示意圖；(a1)金屬柵區(qū)域的TEM圖像；(b)Ga2O3薄膜的高分辨率XRD搖擺曲線；(c)Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探測器結(jié)構(gòu)俯視圖；(d)Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探測器的能帶分布圖。

同時(shí)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)還系統(tǒng)地研究了金屬柵在黑暗和光照條件下對(duì)二維電子氣（2DEG）溝道的“開關(guān)”作用的影響。如圖2(a)-2(b)所示，在黑暗條件下，金屬柵對(duì)AlGaN層的耗盡作用有效地抑制了器件的暗電流，即表現(xiàn)為對(duì)2DEG溝道的“夾斷”作用。如圖2(c)-2(d)所示，在光照條件下，Ga2O3吸收層產(chǎn)生的光生電子在電場作用下輸運(yùn)至2DEG溝道，補(bǔ)充了金屬柵下方被耗盡的電子，2DEG溝道重新導(dǎo)通，促進(jìn)光生電子的快速輸運(yùn)。

圖2.無光照情況下，日盲紫外探測器的(a)電子濃度的二維分布和(b)AlGaN/GaN區(qū)域的能帶分布圖；紫外光照射情況下，日盲紫外探測器的(c)電子濃度的二維分布和(d)AlGaN/GaN區(qū)域的能帶分布圖。

此外，如圖3所示，技術(shù)團(tuán)隊(duì)將上述器件結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比：由于測試設(shè)備精度的限制，實(shí)驗(yàn)測試的暗電流無法達(dá)到理論計(jì)算值的量級(jí)，但獲得的實(shí)驗(yàn)測試光電流與仿真計(jì)算的光電流在同一數(shù)量級(jí)水平，驗(yàn)證Ga2O3材料信息數(shù)據(jù)庫的可行性。

圖3.(a)實(shí)驗(yàn)測試的光電流和暗電流；(b)理論計(jì)算的光電流和暗電流；藍(lán)色虛線是測試系統(tǒng)的測試極限。