基于液态金属EGaIn的β-Ga2O3欧姆接触工程及其在肖特基二极管与MESFET中的应用研究

（编辑推荐）本研究创新性地采用共晶镓铟（EGaIn）液态金属在β-Ga2O3上实现低温欧姆接触，无需传统退火/刻蚀工艺即可构建高性能肖特基二极管（电流开关比107）和金属半导体场效应晶体管（MESFET，开关比3.1×106），为5G/AI时代的超宽禁带半导体功率器件集成提供新策略。

　　

Abstract

β-氧化镓（β-Ga₂O₃）作为超宽禁带（4.8 eV）n型半导体，在5G和AI技术领域展现出巨大潜力，但其传统金属化方法难以形成理想欧姆接触。研究团队通过共晶镓铟（EGaIn）液态金属在β-Ga₂O₃上实现低温欧姆接触电极制备，结合选择性丝网印刷技术，成功构建对称/非对称器件结构，包括源漏电极、肖特基二极管和场效应晶体管，全程无需退火或刻蚀工艺。β-Ga₂O₃/Au肖特基二极管展现出10⁷的电流开关比和1.63的理想因子，MESFET器件则实现3.1×10⁶的漏极电流开关比。

1 Introduction

β-Ga₂O₃因其优异电学特性成为高压高温器件的理想材料，但传统电极制备需依赖等离子刻蚀和高温退火来诱导氧空位（V_O）掺杂。研究创新性地引入EGaIn液态金属（熔点15.5°C，电导率3.4×10⁶ Ω^?1m^?1），其表面自生3 nm氧化层特性可实现图案化稳定性。通过Ga/In元素扩散形成InGaO_x界面层，显著改善接触性能，为柔性电子和医疗器件提供新思路。

2 Results and Discussion

器件制备：采用光刻-剥离工艺在Sn掺杂β-Ga₂O₃（n=3.5×10¹⁷ cm^?3）上构建Au-EGaIn复合电极，45 nm金缓冲层增强附着力。UPS分析显示Au-EGaIn功函数（3.94 eV）低于β-Ga₂O₃电子亲和势（4.0 eV），促成欧姆接触。

电学特性：对称器件在2V电压下电流达82 μA，符合欧姆定律；非对称器件中β-Ga₂O₃/Au肖特基接触展现1.18 eV开启电压。玻璃基底制备的二极管在500Hz频率下仍保持整流特性，半波整流电路输出效率达34%。

集成应用：通过交替图案化实现13个肖特基二极管单通道集成，其中背靠背（B2B）结构构成MESFET，阈值电压-4.1V，亚阈值摆幅71 mV/dec，电阻负载逆变器增益达17倍（V_DD=3V）。

3 Conclusion

该研究证实EGaIn液态金属可低温制备高性能β-Ga₂O₃器件，突破传统工艺限制。71 mV/dec的SS值和10⁶级开关比表明其在功率电子和大面积电路集成的应用潜力，为柔性设备开发提供关键技术路径。

4 Experimental Section

采用Keysight B1500A半导体参数分析仪完成所有电学测试，包括转移特性、输出特性和动态整流性能表征。