近日，复旦大学研究团队在国际学术领域取得重要进展，通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术成功生长了高质量β-Ga₂O₃/AlN异质结，并对其热学性能、带隙对准及电气特性进行了系统研究。这一成果为高功率、高温电子器件的发展提供了新方向，展现了β-Ga₂O₃/AlN异质结在下一代功率电子领域的巨大潜力。研究详情已发表于相关学术期刊。
研究背景与主要内容
β相氧化镓（β-Ga₂O₃）因其宽带隙（约4.8 eV）、高击穿电场和优异的热稳定性，成为高功率和微波电子器件的理想材料。然而，其热导率相对较低，限制了器件在高温环境下的散热性能。为此，研究团队通过在β-Ga₂O₃上生长氮化铝（AlN）层，构建了高质量β-Ga₂O₃/AlN异质结，显著提升了热管理和电气性能。
研究通过X射线光电子能谱（XPS）分析，确认了β-Ga₂O₃与AlN之间形成II型带隙对准。这种带隙结构促进了界面处电子的积累，有效优化了肖特基二极管（SBD）的电气性能。测试结果显示，该异质结肖特基二极管具有0.1 V的低开启电压、4.22的理想因子、48.5 A/cm²·K²的修正理查森常数，以及超过1260 V的高击穿电压。这些特性表明，该器件在高温和高功率场景下具有卓越的稳定性和可靠性。
TDTR技术在研究中的应用
为精确评估β-Ga₂O₃/AlN异质结的热学性能，研究团队采用了时间域热反射（TDTR）技术，利用Aunist（昊远精测）提供的PIONEER-ONE TDTR系统（配备波长1040 nm、脉宽130 fs、重复频率100 MHz的飞秒激光器）进行测量。TDTR是一种高精度、非接触式热特性测试方法，通过超短激光脉冲激发材料表面并监测反射率变化，精确测量热导率和界面热边界导热性（TBC）。
在本研究中，TDTR技术的应用场景和主要贡献包括：
热导率测量：研究团队测得β-Ga₂O₃薄膜的热导率为4.2 W/(m·K)，表明其在热管理方面具有一定局限性。然而，通过引入AlN层，β-Ga₂O₃/AlN界面的热边界导热性（TBC）达到118.6 MW/(m²·K)，显著提升了热传递效率。
界面热管理优化：TDTR测试结果显示，AlN作为中介层有效降低了界面热阻，增强了热量从β-Ga₂O₃向基底的传递能力。这一特性对于高温电子器件至关重要，可有效延长器件寿命并提升性能稳定性。
热学与电气性能的协同分析：通过TDTR技术，研究团队揭示了优异的界面热导率与高击穿电压之间的协同作用，为设计高效散热的功率器件提供了理论依据。
Aunist（昊远精测）的PIONEER-ONE TDTR系统以其高精度和可靠性，为本研究提供了关键技术支持，确保了热学数据的准确性，为后续器件优化奠定了基础。
应用前景与意义
β-Ga₂O₃/AlN异质结肖特基二极管的优异性能使其在高功率电子器件、微波器件及高温应用场景中具有广阔前景。其低开启电压和高击穿电压特性，能够满足航空航天、电动汽车和可再生能源系统等领域的需求。此外，通过AlN中介层优化热管理的策略，为解决宽带隙半导体散热难题提供了新思路。
未来，研究团队计划进一步优化器件导通电阻和理想因子，同时改进金属与半导体界面的质量，以提升整体性能。这项研究不仅推动了β-Ga₂O₃基器件的技术进步，也为宽带隙半导体在极端环境下的应用提供了重要参考。
关于Aunist（昊远精测）
Aunist（昊远精测）是热测量领域的先进供应商，其PIONEER-ONE TDTR系统在本研究中发挥了关键作用。该系统通过高精度热学测量，助力研究团队深入解析β-Ga₂O₃/AlN异质结的热输运特性，为高性能电子器件的开发提供了可靠支持。
总结
本研究通过MOCVD技术成功制备了高质量β-Ga₂O₃/AlN异质结，结合TDTR技术揭示了其优异的热导率和电气性能。Aunist（昊远精测）PIONEER-ONE TDTR系统为界面热边界导热性的精确测量提供了强有力支持，为器件热管理优化提供了关键数据。这项成果为高功率、高温电子器件的发展开辟了新路径，展现了广阔的应用前景。
