SiC, GaN보다 넓은 밴드갭을 가진 베타-산화갈륨(β-Ga2O3, 4.7–4.9eV) 은 차세대 전력전자 응용 분야에서 주목받고 있는 소재이다. β-Ga2O3의 발리가 성능(B-FOM)은 약 3000으로 GaN의 4배, SiC의 10배이며, 전력 소자가 낮은 온-저항(On-resistance)에서 높은 항복 전압(Breakdown Voltage)을 달성할 것으로 예상된다. 그러나 이러한 높은 수치에도 불구하고 실제 보고된 전력 소자의 성능은 예상보다 훨씬 낮은데, 이는 항복 전압값을 향상시키기 위한 ...
SiC, GaN보다 넓은 밴드갭을 가진 베타-산화갈륨(β-Ga2O3, 4.7–4.9eV) 은 차세대 전력전자 응용 분야에서 주목받고 있는 소재이다. β-Ga2O3의 발리가 성능(B-FOM)은 약 3000으로 GaN의 4배, SiC의 10배이며, 전력 소자가 낮은 온-저항(On-resistance)에서 높은 항복 전압(Breakdown Voltage)을 달성할 것으로 예상된다. 그러나 이러한 높은 수치에도 불구하고 실제 보고된 전력 소자의 성능은 예상보다 훨씬 낮은데, 이는 항복 전압값을 향상시키기 위한 PN 접합 단자로 사용될 수 있는 p형 Ga2O3를 구현하기 어렵기 때문이다. 낮은 온-저항과 높은 항복 전압을 요구하는 소자의 추가적인 개선을 위해서는 넓은 밴드갭 물질의 최대 전기장을 감소시키기 위해서라도 p형 물질을 사용하여 가드 링 및 병합구조와 같은 접합 단자 구조를 형성하는 것이 중요하다. 그러나 p형 β-Ga2O3의 구현은 쉽지 않으며, 아직까진 이론적인 연구만 있을 뿐 실험결과는 거의 보고되지 않고 있다. 이를 보완하기 위해서는 인터페이스 품질을 적절한 방식으로 제어하여 n형 Ga2O3를 다른 p형 반도체와 통합해 p-n 이종접합을 구성하는 대안이 필요하다. 본 연구에서는 p형 전도도를 가지는 물질인 산화니켈(Nickel Oxide, NiO)의 구조적 매개변수를 조절하여 최적화된 β-Ga2O3 와 p-n 이종접합을 형성하는 다이오드를 제작하였다. NiO는 p형 산화물 계열 중 넓은 밴드갭을 갖는 물질로, 니켈 공석 또는 1가 불순물에서 기인하는 높은 가시 스펙트럼 투명도와 p형 전도도로 인하여 다양한 광전자 소자 및 전력 소자의 응용에 유망한 잠재력을 가지고 있다. p형 NiO를 β-Ga2O3와 Ni Schottky 접합 사이에 삽입하여 p-n 특성을 보장하고 이로 인하여 공핍층이 팽창하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, NiO 박막 성장 시 리튬도핑 및 산소 농도 제어를 통해 전도도 제어가 시도되었다. 결과적으로, 비도핑 산화니켈과 비교하여 리튬 도핑된 산화니켈은 박막의 낮은 비저항 특성으로 인해 Ni과의 향상된 오믹 접촉 특성을 보였고 이는 다이오드의 낮은 온-저항을 유도하였다. 따라서 이러한 전류 특성을 이용하여 NiO를 두 층으로 적층하여 Li-NiO/NiO/β-Ga2O3 구조의 이종접합 다이오드를 설계하였고 7.1 mΩcm2의 낮은 온-저항을 유지하면서 약 –1700 V의 높은 항복 전압을 달성하는 소자를 제작하였다. 또한, 앞서 확인한 β-Ga2O3와 p형 NiO의 이종접합 특성을 이용하여 접합 배리어 쇼트키 다이오드(Junction Barrier Schottky Diode, JBSD)를 제작하였다. JBSD는 낮은 온-상태 전력 소비 손실(낮은 온-저항 및 온-상태 전압)을 가진 SBD와 높은 오프-상태 항복 전압을 가진 p-n HJD의 결합된 장점을 보여주었다. 이후 JBSD 구조 파라미터의 최적화를 통해 보다 높은 BV 특성을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
SiC, GaN보다 넓은 밴드갭을 가진 베타-산화갈륨(β-Ga2O3, 4.7–4.9eV) 은 차세대 전력전자 응용 분야에서 주목받고 있는 소재이다. β-Ga2O3의 발리가 성능(B-FOM)은 약 3000으로 GaN의 4배, SiC의 10배이며, 전력 소자가 낮은 온-저항(On-resistance)에서 높은 항복 전압(Breakdown Voltage)을 달성할 것으로 예상된다. 그러나 이러한 높은 수치에도 불구하고 실제 보고된 전력 소자의 성능은 예상보다 훨씬 낮은데, 이는 항복 전압값을 향상시키기 위한 PN 접합 단자로 사용될 수 있는 p형 Ga2O3를 구현하기 어렵기 때문이다. 낮은 온-저항과 높은 항복 전압을 요구하는 소자의 추가적인 개선을 위해서는 넓은 밴드갭 물질의 최대 전기장을 감소시키기 위해서라도 p형 물질을 사용하여 가드 링 및 병합구조와 같은 접합 단자 구조를 형성하는 것이 중요하다. 그러나 p형 β-Ga2O3의 구현은 쉽지 않으며, 아직까진 이론적인 연구만 있을 뿐 실험결과는 거의 보고되지 않고 있다. 이를 보완하기 위해서는 인터페이스 품질을 적절한 방식으로 제어하여 n형 Ga2O3를 다른 p형 반도체와 통합해 p-n 이종접합을 구성하는 대안이 필요하다. 본 연구에서는 p형 전도도를 가지는 물질인 산화니켈(Nickel Oxide, NiO)의 구조적 매개변수를 조절하여 최적화된 β-Ga2O3 와 p-n 이종접합을 형성하는 다이오드를 제작하였다. NiO는 p형 산화물 계열 중 넓은 밴드갭을 갖는 물질로, 니켈 공석 또는 1가 불순물에서 기인하는 높은 가시 스펙트럼 투명도와 p형 전도도로 인하여 다양한 광전자 소자 및 전력 소자의 응용에 유망한 잠재력을 가지고 있다. p형 NiO를 β-Ga2O3와 Ni Schottky 접합 사이에 삽입하여 p-n 특성을 보장하고 이로 인하여 공핍층이 팽창하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, NiO 박막 성장 시 리튬 도핑 및 산소 농도 제어를 통해 전도도 제어가 시도되었다. 결과적으로, 비도핑 산화니켈과 비교하여 리튬 도핑된 산화니켈은 박막의 낮은 비저항 특성으로 인해 Ni과의 향상된 오믹 접촉 특성을 보였고 이는 다이오드의 낮은 온-저항을 유도하였다. 따라서 이러한 전류 특성을 이용하여 NiO를 두 층으로 적층하여 Li-NiO/NiO/β-Ga2O3 구조의 이종접합 다이오드를 설계하였고 7.1 mΩcm2의 낮은 온-저항을 유지하면서 약 –1700 V의 높은 항복 전압을 달성하는 소자를 제작하였다. 또한, 앞서 확인한 β-Ga2O3와 p형 NiO의 이종접합 특성을 이용하여 접합 배리어 쇼트키 다이오드(Junction Barrier Schottky Diode, JBSD)를 제작하였다. JBSD는 낮은 온-상태 전력 소비 손실(낮은 온-저항 및 온-상태 전압)을 가진 SBD와 높은 오프-상태 항복 전압을 가진 p-n HJD의 결합된 장점을 보여주었다. 이후 JBSD 구조 파라미터의 최적화를 통해 보다 높은 BV 특성을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
β-Ga2O3 (beta-gallium oxide, 4.7-4.9 eV), which has a ultra wide band gap than SiC and GaN, is gaining attention as a material for next-generation power electronics applications. The figure of merit(B-FOM) for β-Ga2O3 is approximately 3000, four times that of GaN and ten times that of SiC. It is exp...
β-Ga2O3 (beta-gallium oxide, 4.7-4.9 eV), which has a ultra wide band gap than SiC and GaN, is gaining attention as a material for next-generation power electronics applications. The figure of merit(B-FOM) for β-Ga2O3 is approximately 3000, four times that of GaN and ten times that of SiC. It is expected that power devices using β-Ga2O3 will achieve high breakdown voltage at low on-resistance. However, despite these high theoretical values, the actual performance of reported power devices is much lower than expected. This is primarily due to the difficulty in implementing p-type Ga2O3, which can be used as a PN junction terminal to improve the breakdown voltage. To further improve devices requiring low on-resistance and high breakdown voltage, it is crucial to form junction terminal structures such as guarding and merging structures using p-type materials, even if it means reducing the maximum electric field of wide bandgap materials. However, the implementation of p-type β-Ga2O3 is challenging, and experimental results are scarce, with only theoretical studies available. To address this, an alternative is needed, involving the integration of n-type Ga2O3 with other p-type semiconductors to form a p-n heterojunction, controlling the interface quality in an appropriate manner. In this study, a diode forming an optimized p-n heterojunction between β-Ga2O3 and a material with p-type conductivity, nickel oxide (NiO), was fabricated by adjusting the structural parameters of NiO. NiO, a material with a wide bandgap among p-type oxide materials, holds promise for various optoelectronic and power electronic applications due to its high visible spectrum transparency derived from nickel vacancies or 1+ impurities and p-type conductivity. The p-n characteristics were confirmed by inserting p-type NiO between β-Ga2O3 and Ni Schottky junctions, resulting in the expansion of the depletion layer. Additionally, conductivity control was attempted during NiO film growth through lithium doping and oxygen concentration control. As a result, lithium-doped NiO exhibited improved ohmic contact characteristics with Ni, leading to low on-resistance of the diode. Using these current characteristics, a heterojunction diode structure of Li-NiO/NiO/β-Ga2O3 was designed, achieving a high breakdown voltage of approximately -1700 V while maintaining a low on-resistance of 7.1 mΩcm2. Furthermore, utilizing the heterojunction characteristics of β-Ga2O3 and p-type NiO, a junction barrier Schottky diode (JBSD) was fabricated. The JBSD demonstrated the combined advantages of low on-state power consumption loss (low on-resistance and turn-on voltage) seen in Schottky barrier diodes (SBD) and high off-state breakdown voltage seen in p-n heterojunction diodes (HJD). It is expected that further optimization of JBSD structure parameters will result in even higher breakdown voltage characteristics.
β-Ga2O3 (beta-gallium oxide, 4.7-4.9 eV), which has a ultra wide band gap than SiC and GaN, is gaining attention as a material for next-generation power electronics applications. The figure of merit(B-FOM) for β-Ga2O3 is approximately 3000, four times that of GaN and ten times that of SiC. It is expected that power devices using β-Ga2O3 will achieve high breakdown voltage at low on-resistance. However, despite these high theoretical values, the actual performance of reported power devices is much lower than expected. This is primarily due to the difficulty in implementing p-type Ga2O3, which can be used as a PN junction terminal to improve the breakdown voltage. To further improve devices requiring low on-resistance and high breakdown voltage, it is crucial to form junction terminal structures such as guarding and merging structures using p-type materials, even if it means reducing the maximum electric field of wide bandgap materials. However, the implementation of p-type β-Ga2O3 is challenging, and experimental results are scarce, with only theoretical studies available. To address this, an alternative is needed, involving the integration of n-type Ga2O3 with other p-type semiconductors to form a p-n heterojunction, controlling the interface quality in an appropriate manner. In this study, a diode forming an optimized p-n heterojunction between β-Ga2O3 and a material with p-type conductivity, nickel oxide (NiO), was fabricated by adjusting the structural parameters of NiO. NiO, a material with a wide bandgap among p-type oxide materials, holds promise for various optoelectronic and power electronic applications due to its high visible spectrum transparency derived from nickel vacancies or 1+ impurities and p-type conductivity. The p-n characteristics were confirmed by inserting p-type NiO between β-Ga2O3 and Ni Schottky junctions, resulting in the expansion of the depletion layer. Additionally, conductivity control was attempted during NiO film growth through lithium doping and oxygen concentration control. As a result, lithium-doped NiO exhibited improved ohmic contact characteristics with Ni, leading to low on-resistance of the diode. Using these current characteristics, a heterojunction diode structure of Li-NiO/NiO/β-Ga2O3 was designed, achieving a high breakdown voltage of approximately -1700 V while maintaining a low on-resistance of 7.1 mΩcm2. Furthermore, utilizing the heterojunction characteristics of β-Ga2O3 and p-type NiO, a junction barrier Schottky diode (JBSD) was fabricated. The JBSD demonstrated the combined advantages of low on-state power consumption loss (low on-resistance and turn-on voltage) seen in Schottky barrier diodes (SBD) and high off-state breakdown voltage seen in p-n heterojunction diodes (HJD). It is expected that further optimization of JBSD structure parameters will result in even higher breakdown voltage characteristics.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.