β-Ga$_2$O$_3$ 薄膜的输运性质与有限尺寸效应

宽禁带半导体 $\beta$-Ga$_2$O$_3$ 薄膜在透明电子学和高功率器件中具有很高的应用潜力。然而，界面的作用仍有待探索。在此，我们报道薄膜中输运性质的基本极限。同质外延 MOVPE 生长的 \mbox{(100)取向 $\beta$-Ga$_2$O$_3$} 薄膜的电导率、霍尔密度和迁移率作为温度和膜厚的函数被测量。在室温下，较厚薄膜（> 150 nm）中的电子迁移率（(115$\pm$10) $\mathrm{\frac{cm^2}{Vs}}$）可与最好的块体材料相媲美。然而，随着膜厚减小，迁移率被强烈抑制超过两个数量级（28 nm 薄膜为 (5.5$\pm$0.5) $\mathrm{\frac{cm^2}{Vs}}$）。我们发现通常应用的经典 Fuchs-Sondheimer 模型不能充分解释电子在膜表面的散射贡献。相反，通过应用 Bergmann 的电子波模型，提出由于 $\beta$-Ga$_2$O$_3$ 中较大的德布罗意波长导致的迁移率抑制贡献，作为一种受限的量子力学尺寸效应。