总结
这篇文章对β-Ga2O3 MOSFETs中的通道载流子迁移率进行了深入研究，通过实验测量和理论分析，揭示了影响迁移率的关键因素，特别是库仑散射的影响。研究结果对于理解和改进β-Ga2O3 MOSFETs的性能具有重要意义，为未来的研究和器件设计提供了有价值的指导。
I. 引言 (Introduction)
- 背景介绍：β-Ga2O3因其大的带隙、单晶生长能力和大规模生产潜力，被认为是高功率和极端环境应用的有前途的材料。
- Baliga's figure-of-merits (BFoMs)：提出了一个衡量半导体器件性能的指标，其中包含了迁移率（µ）、介电常数（εs）和带隙（Eg）。
- 迁移率的重要性：在高功率器件中，迁移率是一个关键因素，它影响着器件的性能。
- β-Ga2O3薄膜的迁移率：报道显示，由于极性光学声子散射，β-Ga2O3薄膜的迁移率较低，最大值约为200 cm²/V·s。
- 研究目的：文章旨在研究β-Ga2O3 MOSFETs中不同掺杂浓度下的通道迁移率，并通过MOS门控霍尔测量来评估迁移率。
II. 设备制造 (Device Fabrication)
- 晶圆生长：在蓝宝石基底上通过有机金属化学气相沉积（MOCVD）生长2英寸异质β-Ga2O3(¯201)晶圆，使用硅作为掺杂剂。
- 蚀刻和表面处理：使用感应耦合等离子体反应离子刻蚀技术进行蚀刻，使用丙酮、氢氟酸和缓冲氧化物刻蚀剂进行清洁处理。
- 欧姆接触和金属沉积：通过氩轰击实现欧姆接触，沉积源/漏（S/D）金属层并进行退火处理。
- 栅极和介电层：通过原子层沉积技术沉积20nm厚的Al2O3介电层，并进行后退火处理，随后沉积栅极金属层。
III. 结果与讨论 (Results and Discussions)
- 转移特性：展示了不同通道掺杂浓度的MOSFETs的转移曲线。
- 霍尔电压和载流子浓度：通过测量霍尔电压（VHall）独立并直接提取了表面载流子浓度（NS）和通道霍尔迁移率（µHall）。
- 迁移率曲线：根据不同的掺杂浓度，绘制了迁移率曲线，显示出“典型迁移率行为”，并在1018 cm³通道中实现了创纪录的高通道迁移率（143 cm²/V·s）。
- 温度影响：通过在-154°C至200°C的温度范围内进行门控霍尔测量，研究了极性光学声子（SP）散射对最重掺杂通道的影响。
- 库仑散射的起源：探讨了导致低µc的库仑散射的起源，包括界面俘获电荷和通道杂质。
IV. 结论 (Conclusion)
- 主要发现：严重的库仑散射是导致积累通道β-Ga2O3 MOSFETs通道迁移率降低的主要因素。
- 性能提升：尽管存在挑战，但所研究的设备在22°C时展现出了显著的峰值通道迁移率，并显示出进一步提升的潜力。
- 工程因素：讨论了为实现β-Ga2O3横向MOSFET低RON（特定导通电阻）而需要工程化的因素。
- 图1：展示了在低场下库仑散射的主导作用，以及随着场强增加，表面声子（SP）和空间电荷区（SR）散射变得显著。
- 图2：展示了不同通道掺杂浓度的设备结构，并通过透射电子显微镜（TEM）图像展示了单晶特性。
- 图3：展示了不同掺杂浓度的MOSFETs的漏极电流（ID）与栅极电压（VG）的特性。
- 图4：展示了在22°C下，(¯201) β-Ga2O3 MOSFET的霍尔电压（VHall）和通过MOS门控霍尔测量得到的载流子浓度（Ns）与栅极电压（VG）的关系。
- 图5：展示了不同通道设备中，霍尔迁移率（µHall）随载流子浓度（Ns）和有效正常电场（Eeff）的变化。
- 图6：展示了在不同温度下，1018 cm³通道设备的漏极电流（ID）与栅极电压（VG）的关系，以及霍尔迁移率（µHall）随有效正常电场（Eeff）的变化。
- 图7：展示了通过霍尔和C-V测量提取的界面俘获电荷密度（Nit），以及俘获电荷密度（Dit）与能量（E-EF）的关系。
- 图8：展示了重掺杂通道和轻掺杂通道的能带图，讨论了费米能级钉扎行为和载流子分布。
