摘要
氧化镓(Ga2O3)作为近些年新兴的超宽禁带半导体材料得到越来越多人的研究和认可。凭借较大的禁带宽度(4.9eV)、较高的理论击穿场强和优良的光电特性，氧化镓逐渐成为一种热门研究对象。通过氧化镓材料制备的肖特基二极管(SBD)理论上能够得到良好的器件特性。本文主要从理论仿真和实验两方面对不同终端结构的氧化镓肖特基二极管进行了基础研究工作，并得到了如下结论： 第一，利用半导体仿真软件SilvacoTCAD设计了一种垂直型浮空金属环氧化镓肖特基二极管，通过仿真计算得到其基本电学特性。并且通过仿真分析场强分布，对器件的结构参数进行了优化，结合之前实验经验发现当金属环到阳极的距离LS为3μm，金属环宽度LR为4μm时，器件的理论击穿电压最高。 第二，以前期仿真结果为参考，本工作中制备了几组不同结构参数的垂直型浮空金属环氧化镓肖特基二极管。测试结果表明器件具有良好的特性，开关电流比达到108，开启电压为1.0V，理想因子为1.18，肖特基势垒高度为1.10eV，导通电阻为6.1mΩ·cm2。此外重点测试研究了器件的反向特性，测试结果表明常规结构氧化镓肖特基二极管的击穿电压为119V，而LS分别为1μm至4μm的浮空金属环氧化镓肖特基二极管，其击穿电压分别为160V，175V，194V，188V，击穿电压分别相对提高了34.45%，47.06%，63.03%和57.98%。由此得出浮空金属环肖特基二极管的最优结构参数为LS=3μm，LR=4μm。 第三，利用半导体器件仿真软件设计了垂直型斜面终端结构的氧化镓肖特基二极管。仿真计算发现器件具有良好的电学特性，其导通电阻仅为2.7mΩ·cm2，相比于常规氧化镓肖特基二极管，前者击穿电压由250V提高至850V，击穿电压提升240%。 第四，根据前期仿真的结果，本工作中制备了垂直型氟等离子体处理斜面氧化镓肖特基二极管。器件制备完成后对其进行测试，测试结果表明器件具有非常良好的性能，开关电流比高达1010，开启电压为0.7V左右，导通电阻仅为2.9mΩ·cm2，理想因子为1.05，肖特基势垒高度为1.12eV。反向击穿电压更是高达890V，相比于同衬底下制备的常规结构二极管250V的击穿电压，前者击穿电压提高了256%。 第五，通过仿真软件SilvacoTCAD设计了一种垂直型场板终端结构的氧化镓肖特基二极管，场板下的介质创新地应用了耐击穿、高电阻率的氮化硅材料。通过初步计算得出器件有着优良的电学特性，其具有4.6mΩ·cm2的导通电阻和777V的反向击穿电压。并进一步对器件的结构参数进行优化后得出：当场板覆盖在介质上长度为4μm，介质层生长厚度为400nm时，器件的击穿电压最高达870V，相比于常规氧化镓肖特基二极管，其击穿电压提高了166%。 第六，在场板终端结构氧化镓肖特基二极管的基础上，用仿真软件设计了一种新型的沟槽场板氧化镓肖特基二极管。通过对其基本电学特性进行理论计算，发现新型的沟槽场板氧化镓肖特基势垒二极管具有良好的性能。器件的开启电压为0.8V，导通电阻低至4.9mΩ·cm2，这表明此二极管在工作时具有很低的功耗。经过结构优化后器件的击穿电压高达1.2kV，并且具有极低的泄漏电流。
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