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主要作者及机构
本研究的主要作者包括Sufen Wei、Yi Liu、Qianqian Shi、Tinglin He、Feng Shi和Ming-Kwei Lee。他们分别来自集美大学海洋信息工程学院、厦门理工学院技术产业研究院以及三安光电股份有限公司。该研究于2023年8月25日发表在期刊《Coatings》上，文章标题为《Further Characterization of the Polycrystalline p-Type β-Ga2O3 Films Grown through the Thermal Oxidation of GaN at 1000 to 1100 °C in a N2O Atmosphere》。

学术背景
本研究属于半导体材料科学领域，特别是关于宽带隙半导体材料β-Ga2O3的研究。β-Ga2O3是一种超宽带隙透明半导体氧化物，具有在高功率电子器件、紫外光电探测器等领域的广泛应用潜力。然而，β-Ga2O3的p型导电性一直是其应用的主要瓶颈。为了提高β-Ga2O3的p型导电性，研究者通过氮掺杂的方式进行了探索。本研究的主要目标是进一步表征在N2O气氛中通过热氧化GaN制备的多晶p型β-Ga2O3薄膜的特性，并分析其导电性能的改善机制。

研究流程
本研究主要包括以下几个步骤：
1. 样品制备：使用未掺杂的(0001) GaN晶圆，在1000°C至1100°C的温度范围内，在N2O气氛中进行热氧化处理，制备氮掺杂的β-Ga2O3薄膜。
2. 结构表征：通过室温光致发光光谱（PL）、归一化X射线衍射（XRD）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和选区电子衍射（SAED）等技术，确认薄膜的多晶特性及其晶格结构。
3. 元素分析：利用二次离子质谱（SIMS）分析薄膜中氮的掺杂浓度及其分布。
4. 电学性能测试：通过温度依赖的霍尔效应测试，分析薄膜的电学性能，包括霍尔空穴浓度、迁移率和电阻率，并计算受主的电离能。
5. 活化能计算：基于Arrhenius方程，计算GaN在N2O气氛中热氧化的活化能，并与O2气氛下的氧化效率进行比较。

主要结果
1. 结构表征结果：PL光谱在246 nm处显示出明显的紫外发射峰，证实了β-Ga2O3的生成。XRD和HRTEM结果进一步确认了薄膜的多晶特性，且随着氧化温度的升高，薄膜的晶粒尺寸和结晶质量显著提高。
2. 元素分析结果：SIMS分析显示，氮掺杂浓度随氧化温度的升高而增加，且氮主要来源于GaN的分解而非N2O。
3. 电学性能结果：霍尔效应测试表明，随着氧化温度的升高，薄膜的霍尔空穴浓度显著增加，最高达到1.64 × 10^17 cm^-3，同时迁移率和电阻率也有所改善。受主的电离能约为0.092 eV，表明氮掺杂是p型导电性的主要来源。
4. 活化能计算：GaN在N2O气氛中热氧化的活化能为147.175 kJ·mol^-1，显著低于O2气氛下的氧化活化能，表明N2O气氛下的氧化效率更高。

结论
本研究成功通过N2O气氛下的热氧化GaN制备了具有高霍尔空穴浓度的p型β-Ga2O3薄膜。研究结果表明，氮掺杂是提高β-Ga2O3 p型导电性的关键因素，且N2O气氛下的氧化效率显著高于O2气氛。这一发现为β-Ga2O3在高功率电子器件和光电探测器等领域的应用提供了重要的材料基础。

研究亮点
1. 重要发现：首次系统地表征了在N2O气氛中通过热氧化GaN制备的p型β-Ga2O3薄膜的结构和电学性能，揭示了氮掺杂对p型导电性的显著贡献。
2. 方法创新：采用N2O气氛进行热氧化，显著提高了氧化效率，并通过Arrhenius方程量化了活化能。
3. 应用价值：研究结果为β-Ga2O3在高性能电子器件中的应用提供了重要的实验依据，特别是在p型导电性改善方面具有重要的应用前景。

其他有价值的内容
本研究还通过X射线光电子能谱（XPS）分析了薄膜的价带特性，进一步验证了氮掺杂对p型导电性的影响。此外，研究还讨论了Ga和O空位在薄膜中的形成及其对电学性能的潜在影响，为后续研究提供了新的方向。