标题： 电学和结构特性以及原位MOCVD生长的Al$_2$O$_3$/$β$-Ga$_2$O$_3$和 Al$_2$O$_3$/$β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$MOSCAPs 显示英文标题

标题： Electrical and Structural Properties of In-Situ MOCVD Grown Al$_2$O$_3$/$β$-Ga$_2$O$_3$ and Al$_2$O$_3$/$β$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ MOSCAPs

摘要： 本研究探讨了在(010)$\beta$-Ga$_2$O$_3$和$\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$薄膜上原位MOCVD生长的Al$_2$O$_3$介质的电气和结构特性。 该Al$_2$O$_3$/$\beta$-Ga$_2$O$_3$ MOSCAPs表现出对Al$_2$O$_3$沉积温度的强烈依赖性。 在900$^\circ$C下，观察到降低的电压滞回（$\sim$0.3 V）和改善的反向击穿电压（74.5 V），Al$_2$O$_3$中的击穿场强为5.01 MV/cm，而在$\beta$-Ga$_2$O$_3$中的击穿场强为4.11 MV/cm。 在650$^\circ$C时，观察到更高的迟滞（$\sim$3.44 V）和更低的反向击穿电压（38.8 V），Al$_2$O$_3$中的击穿场强为3.69 MV/cm，而在$\beta$-Ga$_2$O$_3$中的击穿场强为2.87 MV/cm。 然而，正向击穿场强从5.62 MV/cm（900$^\circ$C）提高到7.25 MV/cm（650$^\circ$C）。STEM显示在900$^\circ$C时结晶度提高且界面更清晰，从而提高了反向击穿性能。 对于Al$_2$O$_3$/$\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ MOSCAPs，增加Al组分（$x$ = 5.5%到9.2%）降低了载流子浓度，并在$\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$中将反向击穿场从2.55提高到2.90 MV/cm，在Al$_2$O$_3$中将反向击穿场从2.41提高到3.13 MV/cm。 随着铝含量的增加，Al$_2$O$_3$的前向击穿场强从 5.0 提高到 5.4 MV/cm。 STEM确认了Al$_2$O$_3$和$\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$层的成分均匀性和优异的化学计量比。 这些发现突显了Al$_2$O$_3$/$\beta$-Ga$_2$O$_3$和 Al$_2$O$_3$/$\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$MOSCAPs 在高功率应用中的优异电学性能、高击穿场强和结构质量。 显示英文摘要

摘要： This study investigates the electrical and structural properties of MOSCAPs with in-situ MOCVD-grown Al$_2$O$_3$ dielectrics on (010) $\beta$-Ga$_2$O$_3$ and $\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ films. The Al$_2$O$_3$/$\beta$-Ga$_2$O$_3$ MOSCAPs showed a strong dependence on Al$_2$O$_3$ deposition temperature. At 900$^\circ$C, reduced voltage hysteresis ($\sim$0.3 V) and improved reverse breakdown voltage (74.5 V) were observed, with breakdown fields of 5.01 MV/cm in Al$_2$O$_3$ and 4.11 MV/cm in $\beta$-Ga$_2$O$_3$. At 650$^\circ$C, higher hysteresis ($\sim$3.44 V) and lower reverse breakdown voltage (38.8 V) were observed, with breakdown fields of 3.69 MV/cm in Al$_2$O$_3$ and 2.87 MV/cm in $\beta$-Ga$_2$O$_3$. However, forward breakdown fields improved from 5.62 MV/cm (900$^\circ$C) to 7.25 MV/cm (650$^\circ$C). STEM revealed improved crystallinity and sharper interfaces at 900$^\circ$C, enhancing reverse breakdown performance. For Al$_2$O$_3$/$\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ MOSCAPs, increasing Al composition ($x$ = 5.5\% to 9.2\%) reduced carrier concentration and improved reverse breakdown fields from 2.55 to 2.90 MV/cm in $\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ and 2.41 to 3.13 MV/cm in Al$_2$O$_3$. Forward breakdown fields in Al$_2$O$_3$ improved from 5.0 to 5.4 MV/cm as Al composition increased. STEM confirmed compositional homogeneity and excellent stoichiometry of Al$_2$O$_3$ and $\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ layers. These findings highlight the robust electrical performance, high breakdown fields, and structural quality of Al$_2$O$_3$/$\beta$-Ga$_2$O$_3$ and Al$_2$O$_3$/$\beta$-(Al$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ MOSCAPs for high-power applications.