$\b{eta}$-Ga2O3 中强声子诱导 Urbach 尾的量化及其对电击穿的影响
材料科学
2024-06-26 v2
摘要
在超宽带隙 (UWBG) 氮化物和氧化物半导体中，带隙 (Eg) 的增加与更高的离子性和强电子-声子耦合相关。这通过极性光学声子散射限制迁移率，通过极化子和自陷域化载流子，通过动态无序展宽光学跃迁，并改变击穿场。在此，我们使用 77-633 K 的偏振光透射光谱研究了 Fe 和 Sn 掺杂的 \b{eta}-Ga2O3 体晶体的多个取向的 Urbach 能 (Eu)。我们发现 293 K 时 Eu 值在 60-140 meV 范围内，且静态（结构缺陷加零点声子）无序对 Eu 的贡献大于动态（有限温度声子诱导）无序。这由缺乏系统的 Eu 各向异性，以及 Eu 与 X 射线衍射摇摆曲线展宽的相关性大于与 Sn 掺杂的相关性得到证明。测得的最低 Eu 比传统半导体大约 10 倍，指出在这些材料中用于高场电子学时需要仔细考虑带尾效应。我们证明，由于通过厚样品的光透射对带隙下吸收敏感，常用的从厚度大于 1-3 微米的 Ga2O3 透射中提取带隙的 Tauc 方法容易产生误差。将我们来自 Fe 掺杂样品的 Eu(T) 与来自椭偏仪的 Eg(T) 相结合，我们提取了有效电子-声子耦合的量度，表明加权的二阶形变势随温度增加，且 E 平行 b 的值大于 E 平行 c。\b{eta}-Ga2O3 中大的电子-声子耦合表明，传统半导体的电击穿理论需要扩展，不仅要考虑更短的散射时间，还要考虑在时间和空间上波动的碰撞电离阈值。
引用
@article{arxiv.2404.04768,
title = {Quantification of the strong, phonon-induced Urbach tails in \b{eta}-Ga2O3 and their implications on electrical breakdown},
author = {Ariful Islam and Nathan David Rock and Michael A. Scarpulla},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.04768},
year = {2024}
}
备注
21 pages, 7 figures, 1 table