厲害了！氧化鎵具有高電子遷移率，將有望實現更廣泛的應用

下一代節能電力電子學、高頻通信系統和固態照明都依賴於寬禁帶半導體材料(第三代半導體材料)。由這些材料製成的電路可以在比硅基電路高的功率密度和較低的功率損耗下工作。這些材料在LED照明中具有革命性的意義，從而獲得了2014年度諾貝爾物理學獎。

在《應用物理學快報》的新實驗中，研究人員表明，一種叫做鎵氧化物(Ga2O3)的寬禁帶半導體可以被設計成納米級結構，而且使電子在晶體結構中移動得更快。由於電子的移動比較容易，所以可能Ga2O3 會成為一種有前途的材料，從而可應用於高頻通信系統和節能電力電子學等領域。

俄亥俄州立大學的Siddharth Rajan主持了這項研究，他表示：「氧化鎵有潛力使晶體管突破目前的技術。」

由於Ga2O3具有作為硅替代品而開發的寬頻隙材料中最大的帶隙(激發電子以使其導電所需的能量)之一，因此它特別適用於高功率和高頻器件。它在寬頻隙半導體中也是獨一無二的，因為它可以直接從熔融態生產，從而能夠大規模製造高質量的晶體。

為了在電子器件中使用，材料中的電子必須能夠在電場下容易地移動，這種特性被稱為高電子遷移率。Rajan說：「它是任何器件的一個關鍵參數。」為了用電子填充半導體，通常材料中摻雜有其它元素。然而，摻雜劑可以散射電子，從而限制了材料的電子遷移率。

為了解決這個問題，研究人員使用了一種調製摻雜的技術。這種技術是akashi Mimura在1979首次研發出來並在2007年獲得京都獎，該技術主要用於製造高電子遷移率的砷化鎵晶體管。雖然它現在是實現高遷移率的一種常用技術，但它在Ga2O3上的應用是一種新技術。

通過他們的研究工作，研究人員用鋁在Ga2O3及其合金之間建立原子完美界面，從而創造了一個所謂的半導體異質結構鋁鎵氧化物——這兩個半導體具有相同的晶體結構，但有不同的能量隙。在離界面幾納米的地方，嵌在氧化鋁鎵中的是一片給電子雜質，只有幾個原子厚。電子轉移到Ga2O3中，形成二維電子氣體。但因為電子現在也通過鋁氧化鎵與摻雜材料(調製摻雜)分離了幾納米，所以它們散射更少並能保持高度的流動性。

研究人員使用這種技術實現了記錄的遷移率。研究人員還能夠觀察到Subnkko-de Has振蕩，它是一種增強外部磁場的量子現象，能夠導致材料的電阻振蕩。這些振蕩證實了高遷移率2D電子氣體的形成，並允許研究人員測量關鍵材料性質。

Rajan解釋道：「這種調製摻雜結構可能導致一種新的量子結構和利用Ga2O3潛力的電子學。」

文章來源phys.org，文章題目Gallium oxide shows high electron mobility, making it promising for better and cheaper devices。由材料科技級在線匯總整理。

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