由福州大學朱敏敏教授團隊在學術期刊 IEEE Journal of the Electron Devices Society 發布了一篇名為 Theoretical Analysis of Vertical β-Ga₂O₃ Schottky Barrier Diodes With p-NiO Field Limiting Rings for High P-FOM Performance（垂直 β-Ga₂O₃ 肖特基勢壘二極管的理論分析，采用 p-NiO 場限制環以實現高 P-FOM 性能）的文章。

1. 項目支持

本研究得到福建省科技計劃項目基金（No.2022I0006）、福建省教育廳青年中青年教師教育研究項目基金（No.JAT220026）以及福建省科技重大項目基金（No.2022HZ027006）的支持。 

2. 背景

近年來，基于 β-Ga₂O₃ 的功率器件得到了廣泛研究，因為它具有 4.5-4.9 eV 的寬禁帶和 8 MV/cm的估計高臨界擊穿電場，以及高達 3000 的巴利加優值(BFOM=?μEC³)，這優于 GaN 或 SiC 等其他寬禁帶材料。然而，由于缺乏 p 型 β-Ga₂O₃，限制了基于 β-Ga₂O₃ 的功率器件的性能。為了獲得更好的性能，提出了帶有邊緣終止結構的 β-Ga₂O₃ SBD。

3. 主要內容

近年來，基于 Ga₂O₃ 的功率器件受到了廣泛研究。由于缺乏 p 型 Ga₂O₃，基于 Ga₂O₃ 的功率器件性能受到較大限制。為了獲得更好的性能，提出了許多具有邊緣終止（ET）的 Ga₂O₃ 肖特基勢壘二極管（SBD）。在本研究中，將 p-NiO 場限環（FLRs）引入 Ga₂O₃ SBD，以提升功率性能指標（P-FOM）并簡化當前高性能邊緣終止結構的制造工藝復雜性。FLRs 的植入可削弱峰值電場強度并水平方向擴展耗盡區。通過 TCAD 仿真進一步探索器件某些參數對器件性能的影響，帶 FLRs 的 SBD 的擊穿電壓（BV）/特定導通電阻（R_on,sp）可達 5340 V/3.748 mΩ·cm²，且 P-FOM = BV²/R_on,sp 可達 7. 61 GW/cm²，并實現了0.9 V的導通電壓（V_on）。與具有近似 P-FOM 值的器件相比，本文提出的 Ga₂O₃ SBD與 p-NiO FLRs 的制造工藝相對簡單。這種具有 FLRs 的 Ga₂O₃ SBD在未來高功率應用中具有巨大潛力。

4. 創新點

● 首次提出在 β−Ga₂O₃ SBD 中引入 p-NiO FLRs，以提高 P-FOM 并降低高性能邊緣終止結構制造工藝的復雜性。

● 植入 FLR 從而削弱峰值電場強度并沿水平方向擴展耗盡區，從而改善器件的擊穿特性 。

● 與具有近似 P-FOM 值的器件相比，所提出的帶有 p-NiO FLRs 的 β−Ga₂O₃ SBD 的制造工藝相對簡單 。

5. 總結

本研究提出了一種采用 p 型 NiO 功能層（FLRs）的SBD結構，以提升現有 SBD 的 P-FOM 性能。通過分析發現，在 NiO/Ga₂O₃ SBD 中，擊穿電壓對摻雜濃度、NiO 厚度、FLRs 的間距和數量以及間距模式等參數具有顯著依賴性。最終實現了 BV/R_on,sp 為 5340 V/3.748 mΩ·cm²，以及 P-FOM 為 7.61 GW/cm² 的性能。該器件優異的 P-FOM 性能表明，在 Ga₂O₃ 功率電子器件中引入 p-NiO 具有巨大潛力。