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物理学 > 应用物理

arXiv:2503.22123 (physics)
[提交于 2025年3月28日 ]

标题: 碳纳米管/$β$- Ga$_2$O$_3$异质结PIN二极管

标题: Carbon-Nanotube/$β$-Ga$_2$O$_3$ Heterojunction PIN Diodes

Authors:Hunter D. Ellis, Botong Li, Haoyu Xie, Jichao Fan, Imteaz Rahaman, Weilu Gao, Kai Fu
摘要: $\beta$-Ga$_2$O$_3$正因其优异的材料性能而受到关注,成为下一代高功率、高效率和高温电子器件的有前途的半导体。然而,诸如缺乏可行的p型掺杂等挑战阻碍了其全部潜力的发挥,尤其是在双极器件的开发中。本研究介绍了一种新型异质结二极管(HD),该二极管将p型碳纳米管(CNTs)与i/n型$\beta$-Ga$_2$O$_3$结合,以克服这些限制。 首次制备了 CNT/$\beta$-Ga$_2$O$_3$异质 p-n 结二极管。 与具有相同$\beta$-Ga$_2$O$_3$ 的外延层的传统肖特基势垒二极管(SBD)相比,CNT/$\beta$-Ga$_2$O$_3$ HD 显示出显著的改进,包括更高的整流比($1.2 \times 10^{11}$),更大的开启电压(1.96 V),在高达 300 {\deg }C 的温度下的漏电流大幅减少,以及击穿电压增加了 26.7%。 值得注意的是,CNT/$\beta$-Ga$_2$O$_3$ HD表现出一个低的理想因子1.02,表明材料之间具有理想的界面。 这些结果突显了CNT/$\beta$-Ga$_2$O$_3$异质结在电子应用中的潜力,为基于$\beta$-Ga$_2$O$_3$的器件当前的限制提供了一个有前景的解决方案。
摘要: $\beta$-Ga$_2$O$_3$ is gaining attention as a promising semiconductor for next-generation high-power, high-efficiency, and high-temperature electronic devices, thanks to its exceptional material properties. However, challenges such as the lack of viable p-type doping have hindered its full potential, particularly in the development of ambipolar devices. This work introduces a novel heterojunction diode (HD) that combines p-type carbon nanotubes (CNTs) with i/n-type $\beta$-Ga$_2$O$_3$ to overcome these limitations. For the first time, a CNT/$\beta$-Ga$_2$O$_3$ hetero-p-n-junction diode is fabricated. Compared to a traditional Schottky barrier diode (SBD) with the same $\beta$-Ga$_2$O$_3$ epilayer, the CNT/$\beta$-Ga$_2$O$_3$ HD demonstrates significant improvements, including a higher rectifying ratio ($1.2 \times 10^{11}$), a larger turn-on voltage (1.96 V), a drastically reduced leakage current at temperatures up to 300 {\deg}C, and a 26.7% increase in breakdown voltage. Notably, the CNT/$\beta$-Ga$_2$O$_3$ HD exhibits a low ideality factor of 1.02, signifying an ideal interface between the materials. These results underline the potential of CNT/$\beta$-Ga$_2$O$_3$ heterojunctions for electronic applications, offering a promising solution to current limitations in $\beta$-Ga$_2$O$_3$-based devices.
评论: 17页,5图
主题: 应用物理 (physics.app-ph) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2503.22123 [physics.app-ph]
  (或者 arXiv:2503.22123v1 [physics.app-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.22123
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Imteaz Rahaman Mr. [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 3 月 28 日 03:56:11 UTC (682 KB)
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