Diodo Schottky β-Ga2O3 de alto voltaje con terminación de borde implantado con argón

un El delantero J - V características del β-Ga ₂ terminado y no terminado O ₃ a temperatura ambiente y b el avance J dependiente de la temperatura - V características de la muestra C de 300 a 423 K. c La trama de Richardson de ln ( J s / T ² ) frente a 1000 / T de la muestra C

Para investigar los efectos de la implantación de argón sobre la dependencia de la temperatura de las características directas, la direccional J - V las mediciones de la muestra C se realizan de 300 a 423 K, como se muestra en la Fig. 4b. El factor ideal n y la altura de la barrera de Schottky φ _{b_JV} se determina que son 1.06 y 1.22 eV a temperatura ambiente, más bajo que el φ _{b_CV} de (1,32 ± 0,08) eV, según el modelo de emisión termoiónica (TE) [31, 32]. Con el aumento de temperatura, el n disminuye de 1.06 a 1.02 y la altura de la barrera se reduce ligeramente pero es casi constante a 1.21 ± 0.01 eV sobre el rango de temperatura, lo cual es contrario a la disminución de la altura de la barrera de un diodo Schottky ideal con aumento de temperatura, pero se ha observado en β-Ga fabricado ₂ O ₃ SBD [26]. Usando la ecuación ln ( J s / T ² ) =Ln (A *) - q ϕ _b / kT , la altura de la barrera ϕ _b y la constante de Richardson efectiva A * se determina en 1,22 eV y 48,5 A / cm ² K ² para la muestra C de la pendiente y la y intersección del eje de la región lineal del gráfico, como se muestra en la Fig. 4c. Además, los valores A * extraídos para decenas de dispositivos en las tres muestras están entre 24 y 58 A / cm ² K ² , de acuerdo con los resultados del experimento anterior y el valor teórico, 24–58 A / cm ² K ² , con la masa de electrones efectiva m ^* =0,23–0,34 m ₀ de β-Ga ₂ O ₃ [33,34,35,36,37].

La Figura 5a muestra la J inversa - V características de las muestras. Después de la implantación del argón, el voltaje de ruptura aumenta de 209 a 252 y 451 V y la cifra de mérito de Baliga (V _BR ² / R _en ) para tres muestras son aproximadamente 25,7, 30,2 y 61,6 MW cm ⁻² , respectivamente. Durante la implantación, pueden introducirse algunos defectos y dar lugar a un aumento significativo e indeseable de la corriente de fuga, que también se informó en los dispositivos de diodo Schottky de SiC y GaN [18,19,20]. Aunque el recocido térmico se realizó después de la implantación del argón, todavía existen corrientes de fuga ligeramente mayores para las muestras B y C. Por lo tanto, el detalle de la investigación de la temperatura y la duración del recocido posterior en las características eléctricas directas e inversas se deben abordar en el siguiente artículo.

un El reverso J - V características del β-Ga ₂ O ₃ muestras a temperatura ambiente. b y c Distribución de voltajes de ruptura de β-Ga ₂ O ₃ SBD con y sin implantación de argón

La Figura 5b, c presenta la distribución de los voltajes de ruptura de β-Ga ₂ O ₃ Rectificadores Schottky con y sin implantación de argón. Los voltajes de ruptura en paralelo en el plano ideal de estos dispositivos se determinan como 553 ~ 598 V, utilizando el campo eléctrico crítico de 5,1 ~ 5,3 MV / cm [11, 39]. El voltaje de ruptura sin implantación de argón es de aproximadamente 110 ~ 310 V, que es alrededor del 50% de los valores ideales. Sin embargo, con una dosis de implantación de argón de 5 × 10 ¹⁴ cm ⁻² , el voltaje de ruptura aumenta a 150 ~ 350 V, no mucho más grande que el dispositivo de referencia, mientras que con la dosis de 1 × 10 ¹⁶ cm ⁻² , la tensión de ruptura se acerca a los valores ideales. En este trabajo se puede obtener la tensión máxima de ruptura de 550 V. Además, se simuló la distribución del campo eléctrico a la tensión de ruptura. Para simplificar, se agregó un solo nivel de aceptor de intervalo medio con la profundidad de implantación de 50 nm determinada por la simulación TRIM y también se consideró el modelo de ionización incompleto [38], como se muestra en la Fig. 6. Obviamente, la capa de alta resistividad suaviza efectivamente campo eléctrico en las esquinas de unión y mejora enormemente el voltaje de ruptura en comparación con la muestra de referencia. Los campos eléctricos máximos a voltaje de ruptura son todos de aproximadamente 5.05 MV / cm, similar a los resultados reportados [11, 39], mientras que la posición cambia desde la esquina del ánodo en la interfaz hasta la esquina de superposición justo debajo de la región de implantación, como se indica en Fig. 6d, e.

Simulación de la distribución del campo eléctrico a la tensión de ruptura de las muestras A – C ( a , c , e ), la imagen ampliada de las regiones seleccionadas en un cuadro de guiones ( b , d , f , g ), el campo eléctrico simulado frente a la posición a lo largo de la línea discontinua en ( b , d , f ) para tres muestras, Au / Ni / β-Ga ₂ O ₃ interfaz para la muestra A, 50 nm por debajo de la interfaz para las muestras B y C, respectivamente. El campo máximo es 5.05 MV / cm