《Journal of Alloys and Compounds》：Synergistic Work Function Modulation and Interface Traps Suppression in CuCrO
2/
β-Ga
2O
3 p-n Heterojunction Diodes through Oxygen Vacancy Passivation
编辑推荐：
氧空位钝化提升CuCrO?/β-Ga?O?异质结性能，击穿电压增至1785V，导通电阻降至5.2mΩ·cm2，功率因子指标提升221%。等离子体处理有效抑制氧空位，降低界面态密度至6.02×1012cm?2·eV?1，改善Ni/CuCrO?欧姆接触（接触电阻率降至3.96×10?3Ω·cm2）。XPS和KPFM证实体氧空位减少及功函数提升至5.18eV，内建电势增强至2.16V。
李颖|林英珍|杨泽|林家龙|陈玉健|张峰|杨伟峰
厦门大学电子科学与技术学院（国家示范微电子学院）微电子与集成电路系，中国厦门361005
引言
β-Ga?O?是一种有前景的高功率电子应用半导体，具有4.9 eV的宽带隙和8 MV/cm的高击穿电场[1], [2], [3]。此外，β-Ga?O?支持大直径晶圆的生长，有利于工业化生产。近期已有大量研究致力于提升垂直结构的β-Ga?O?器件的性能[4], [5], [6], [7]。然而，在β-Ga?O?中实现有效的p型掺杂仍是一个主要挑战，因为空穴在材料中高度局域化[8]。为克服这一限制，引入Cu?O、SnO和NiO等p型材料已被证明可以有效提升器件性能[9], [10], [11]。鉴于界面质量对器件性能的关键作用，已采用多种界面工程技术（如预处理、表面刻蚀、退火和肖特基势垒高度优化）来改进β-Ga?O?二极管[12], [13], [14], [15]。例如，N?O和O?等离子体处理后β-Ga?O?肖特基二极管（SBDs）的性能得到提升[16]；氟等离子体预处理改善了NiO?/β-Ga?O?异质结二极管（HJDs）的反向特性[17]；UV/臭氧处理结合后续退火也被报道可以进一步提升NiO?/β-Ga?O? HJDs的性能[18]。然而，NiO在高温下空穴浓度会降低，且其光学透明度可能因生长过程中引入的氧空位缺陷而下降[19], [20]。类似地，二元Cu?O也受到其相对较窄的带隙和相不稳定性的限制[21]。
相比之下，delafossite结构的CuCrO?是一种有前景的p型透明氧化物，具有较高的导电性、良好的光学透明度以及出色的化学和热稳定性[22], [23], [24]。这些特性归因于Cu空位相关的受主和Cu 3d–O 2p轨道的强杂化作用，有利于空穴在晶格中的传输。CuCrO?通常表现出宽的光学带隙（约3.1–3.3 eV）和可见光范围内的高透明度，以及高达约750°C的良好热稳定性[25], [26], [27]。此外，射频磁控溅射技术能够制备出载流子浓度可控（约101?–102? cm?3）的CuCrO?薄膜，同时保持良好的结晶性[28], [29], [30], [31]。这些特性使CuCrO?成为制备稳定p型氧化物器件和透明异质结电子产品的理想材料。然而，与其他溅射氧化物类似，CuCrO?薄膜通常含有大量的本征缺陷，尤其是氧空位（V?），这些缺陷会严重降低器件性能。V?引入的施主态会补偿受主并抑制p型导电性，而过多的界面或体陷阱会捕获载流子，增强复合现象并增加漏电流。这些效应共同恶化了器件的整流性能并影响长期稳定性。深入了解界面和体陷阱对异质结传输的影响对于提升性能和加速β-Ga?O?基器件的商业化至关重要。尽管如此，CuCrO?/β-Ga?O? p-n异质结中由陷阱限制的传输过程仍不够明确。因此，阐明这些机制对于开发高效且长寿命的β-Ga?O?基整流器至关重要。
在本研究中，我们系统研究了O?等离子体对CuCrO?/β-Ga?O? p-n HJDs的电学和界面性能中V?钝化的机制。V?的钝化显著提升了击穿电压（V_br）和特定导通电阻（R_on,sp）。结果证实，V?钝化有效降低了界面陷阱密度（D_it），并同时调节了CuCrO?的功函数（Φ）。这种对界面和体p层的双重优化是整体器件性能显著提升的原因。
实验部分
实验方法
1(a)展示了CuCrO?/β-Ga?O? p-n HJDs的横截面示意图，图1(b)总结了关键制造步骤。器件是在(001)取向的β-Ga?O?外延晶圆上制备的，该晶圆包含一层10 μm厚的轻掺杂n?-β-Ga?O?漂移层，生长在550 μm厚的重掺杂n?衬底上。4英寸的晶圆被切割成5×5 mm2的片材用于器件制造。随后在750℃下使用射频磁控溅射技术在漂移层上沉积了50 nm厚的CuCrO?薄膜。
结果与讨论
CuCrO?具有三角形的delafossite结构（空间群R3m?，晶格常数a = b = 2.976 ?，c = 17.110 ?）。β-Ga?O?为单斜晶系（空间群C2/m，晶格常数a = 12.21 ?，b = 3.04 ?，c = 5.80 ?）。由于晶格不匹配，CuCrO?/β-Ga?O?界面的晶格失配约为2.6%，这是基于β-Ga?O? (001)表面的面内畴匹配近似计算得出的。在这种多晶异质结构中，晶格失配引起的应力
结论
总之，我们证明了O?等离子体对V?的钝化是一种协同策略，能够同时提升CuCrO?/β-Ga?O? HJDs的界面和体电子性能。该处理增强了CuCrO?的p型导电性，提高了Φ和V_bi。同时，通过增加空穴浓度和降低ρ_c，改善了Ni/CuCrO?的欧姆接触，从而降低了导通电阻。带对齐分析进一步表明，ΔE_C在处理后有所增加
未引用参考文献
[65], [66], [67], [68], [69], [70], [71], [72], [73], [74], [75]
CRediT作者贡献声明
李颖：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，方法学研究，数据分析，概念构思。
林英珍：数据分析。
杨伟峰：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取，概念构思。
杨泽：数据分析。
林家龙：方法学研究，数据分析。
陈玉健：方法学研究，数据分析。
张峰：方法学研究，数据分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号62171396）、深圳市科技计划（项目编号JCYJ20240813145617023）和厦门市双百人才计划的支持。
