用钌钝化氮化镓

来自印度的一个团队正在率先使用钌溶液来钝化GaN表面。

有效的钝化对于优化GaN器件的性能至关重要，因为它消除了氧杂质和氮空位等缺陷，这些缺陷是高栅极泄漏电流的原因。

来自Kurukshetra大学、石油与能源研究大学和大学加速器中心的研究人员已经证明了用钌处理GaN肖特基势垒二极管的好处。经过处理的器件表现出明显更好的性能，包括漏电流的显著减少。

该团队的发言人Ashish Kumar隶属于石油与能源研究大学和大学加速器中心，他告诉我们，该团队多年来一直在研究钌对GaN的影响。2014年，他们发表了一篇论文，报告了X射线光电子能谱的研究结果；现在，他们又公布了一项涉及使用扫描隧道显微镜和光致发光的研究结果。

使用钌进行钝化的好处之一是它的原子半径小，这有助于GaN表面上的化学吸附。钝化后会产生单层钌，阻止大气中的氧气与镓和氮原子形成键。

“钌可以有正氧化态和负氧化态，因此它可以与阴离子和阳离子形成稳定的键，”Kumar解释说，X射线光电子能谱证实了这一说法，它显示了Ga-Ru和N-Ru键。

最新的研究涉及n型单晶GaN，根据霍尔效应测量，其厚度为500μm，载流子浓度为5.6 x 10¹⁷ cm^-3 。在钝化之前，样品被：在三氯乙烯、丙酮和异丙醇中超声清洁，各10分钟；用去离子水冲洗；在氮气下干燥；并在盐酸中蚀刻以去除原生氧化物。将这些原始样品浸泡在含有等体积的RuCl₃(0.05 M)和HCl (0.1 M)溶液中，从而实现了钝化。

对钝化和原始样品的光致发光测量显示，在钌溶液中处理1分钟后，发射强度增加了一倍，而当该过程延长至5分钟时，发射强度又略有增强。

Kumar及其同事还使用扫描隧道显微镜来比较GaN的钝化和原始样品。62 nm x 62 nm的映射区域显示，钌处理改变了表面特征。

隧穿光谱图（电流与尖端偏置电压的函数关系）显示，经过化学处理后，GaN表面被诱导出一个介电层。该层减少了隧穿，并在负电压下改变了行为，这可能是由于缺陷状态的中和以及表面附近传导带中电荷载流子的积累。这意味着费米能级的位置发生了变化，变成了样品表面的传导带。

为了证明钝化过程的有效性，Kumar及其同事在原始GaN上制造了肖特基二极管，以及经过钌处理的二极管。测量结果表明，钝化使肖特基势垒高度从0.78 eV增加到0.91 eV，理想系数从1.42降低到1.12，反向偏置时的漏电流减少了约两个数量级。

Kumar说，该团队计划继续研究钝化问题，使用深层瞬态光谱和时间依赖性研究。

上图：电流-电压图突出显示了钌钝化提供的漏电流减少。

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