來自印度的一個團隊正在率先使用釕溶液來鈍化GaN表面。

有效的鈍化對于優(yōu)化GaN器件的性能至關重要，因為它消除了氧雜質和氮空位等缺陷，這些缺陷是高柵極泄漏電流的原因。

來自Kurukshetra大學、石油與能源研究大學和大學加速器中心的研究人員已經(jīng)證明了用釕處理GaN肖特基勢壘二極管的好處。經(jīng)過處理的器件表現(xiàn)出明顯更好的性能，包括漏電流的顯著減少。

該團隊的發(fā)言人Ashish Kumar隸屬于石油與能源研究大學和大學加速器中心，他告訴我們，該團隊多年來一直在研究釕對GaN的影響。2014年，他們發(fā)表了一篇論文，報告了X射線光電子能譜的研究結果；現(xiàn)在，他們又公布了一項涉及使用掃描隧道顯微鏡和光致發(fā)光的研究結果。

使用釕進行鈍化的好處之一是它的原子半徑小，這有助于GaN表面上的化學吸附。鈍化后會產(chǎn)生單層釕，阻止大氣中的氧氣與鎵和氮原子形成鍵。

“釕可以有正氧化態(tài)和負氧化態(tài)，因此它可以與陰離子和陽離子形成穩(wěn)定的鍵，”Kumar解釋說，X射線光電子能譜證實了這一說法，它顯示了Ga-Ru和N-Ru鍵。

最新的研究涉及n型單晶GaN，根據(jù)霍爾效應測量，其厚度為500μm，載流子濃度為5.6 x 10¹⁷ cm^-3 。在鈍化之前，樣品被：在三氯乙烯、丙酮和異丙醇中超聲清潔，各10分鐘；用去離子水沖洗；在氮氣下干燥；并在鹽酸中蝕刻以去除原生氧化物。將這些原始樣品浸泡在含有等體積的RuCl₃(0.05 M)和HCl (0.1 M)溶液中，從而實現(xiàn)了鈍化。

對鈍化和原始樣品的光致發(fā)光測量顯示，在釕溶液中處理1分鐘后，發(fā)射強度增加了一倍，而當該過程延長至5分鐘時，發(fā)射強度又略有增強。

Kumar及其同事還使用掃描隧道顯微鏡來比較GaN的鈍化和原始樣品。62 nm x 62 nm的映射區(qū)域顯示，釕處理改變了表面特征。

隧穿光譜圖（電流與尖端偏置電壓的函數(shù)關系）顯示，經(jīng)過化學處理后，GaN表面被誘導出一個介電層。該層減少了隧穿，并在負電壓下改變了行為，這可能是由于缺陷狀態(tài)的中和以及表面附近傳導帶中電荷載流子的積累。這意味著費米能級的位置發(fā)生了變化，變成了樣品表面的傳導帶。

為了證明鈍化過程的有效性，Kumar及其同事在原始GaN上制造了肖特基二極管，以及經(jīng)過釕處理的二極管。測量結果表明，鈍化使肖特基勢壘高度從0.78 eV增加到0.91 eV，理想系數(shù)從1.42降低到1.12，反向偏置時的漏電流減少了約兩個數(shù)量級。

Kumar說，該團隊計劃繼續(xù)研究鈍化問題，使用深層瞬態(tài)光譜和時間依賴性研究。

上圖：電流-電壓圖突出顯示了釕鈍化提供的漏電流減少。