氮化鎵基HFET低溫歐姆接觸和閾值電壓研究.pdf

1、GaN基異質(zhì)結(jié)（即AlGaN/GaN）因?yàn)槠鋬?yōu)秀的材料特性，引來(lái)了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HFET)正是利用該材料的這些優(yōu)勢(shì)發(fā)展起來(lái)的大功率，高頻率電子器件。采用自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的HFET能縮小器件柵與源，漏之間的串聯(lián)距離，降低串聯(lián)電阻，提升器件性能。但是，自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的先柵特性需要柵電極經(jīng)受歐姆接觸退火過(guò)程，850℃的退火溫度會(huì)損害柵電極的肖特基特性。為此，退火溫度低于600℃的低溫歐姆接觸工藝被提了出來(lái)，

2、但其接觸電阻率大，需要優(yōu)化。本文對(duì)該工藝的退火條件進(jìn)行改進(jìn)，降低了歐姆接觸的接觸電阻率。通過(guò)測(cè)試應(yīng)用該工藝的先柵AlGaN/GaN HFET驗(yàn)證了該工藝的實(shí)用性。此外，為了降低器件功耗和保證失效安全，發(fā)展增強(qiáng)型AlGaN/GaN HFET也是現(xiàn)在的熱點(diǎn)之一。本文利用AlGaN層減薄的方法對(duì)AlGaN/GaN HFET的閾值電壓進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了接近0V的閾值電壓。同時(shí)也對(duì)AlGaN層減薄造成器件的關(guān)態(tài)漏電流增加的問(wèn)題進(jìn)行了分析。

3、　　首先，低溫歐姆接觸是利用ICP處理歐姆接觸區(qū)域引入N空位并輔以低溫退火來(lái)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。在本組已經(jīng)優(yōu)化了ICP刻蝕的相關(guān)條件后，通過(guò)對(duì)不同退火溫度和不同退火時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行1min的575℃退火后，接觸電阻率僅為0.52Ωmm。此數(shù)值與傳統(tǒng)工藝相比擬，但退火溫度從850℃下降到了575℃。同時(shí)，該歐姆接觸相關(guān)的溫度穩(wěn)定性以及表面形貌的問(wèn)題，本文也進(jìn)行了分析。
　　其次，本文介紹了自對(duì)準(zhǔn)和先柵結(jié)構(gòu)，指出應(yīng)用這些結(jié)構(gòu)需要低溫歐

4、姆接觸和耐高溫的柵電極。通過(guò)對(duì)比TiN肖特基二極管在不同退火處理后的I-V曲線，確認(rèn)了TiN可作為耐高溫材料替代Ni/Au用作柵電極。并且，本文通過(guò)對(duì)比應(yīng)用低溫歐姆接觸工藝和傳統(tǒng)Ti/Al/Ti/Au歐姆接觸的先柵AlGaN/GaN HFET的電學(xué)特性，確認(rèn)了低溫歐姆接觸工藝的HFET的柵電流相對(duì)于傳統(tǒng)工藝的HFET從10-4A下降到了10-7A。綜合以上的結(jié)果，成功解決了自對(duì)準(zhǔn)和先柵結(jié)構(gòu)的柵肖特基特性退火受損問(wèn)題。
　　最后，為

5、了實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型的AlGaN/GaN HFET，本文通過(guò)AlGaN層減薄的方法對(duì)HFET的閾值電壓進(jìn)行了調(diào)整。在AlGaN層刻蝕到僅8nm的情況下，閾值電壓為-0.04V，已接近實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型。同時(shí)，本文通過(guò)對(duì)比不同刻蝕條件下HFET器件的Id-Vg，Ig-Vg曲線特性，發(fā)現(xiàn)了刻蝕會(huì)增加器件的關(guān)態(tài)漏電流，并對(duì)該現(xiàn)象的形成原因做出了一些分析。
　　本論文的研究?jī)?nèi)容對(duì)于改善AlGaN/GaN HFET的制作工藝有可參考的地方，所用的工藝方案也