Al2O3-AlGaN-GaNMOSHEMT器件制備及特性研究.pdf

1、由于勢(shì)壘高度有限、表面缺陷等原因而導(dǎo)致的柵漏電問(wèn)題限制了AlGaN/GaN HEMT器件在高溫、高頻和高功率工作時(shí)的可靠性。隨后出現(xiàn)的金屬-氧化物-半導(dǎo)體MOSHEMT結(jié)構(gòu)使問(wèn)題得到了解決，其中發(fā)揮主要作用的就是結(jié)構(gòu)中淀積在半導(dǎo)體材料上的柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層的好壞對(duì)器件整體的性能起到至關(guān)重要的作用。本文中使用MOCVD設(shè)備在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)材料，其組成成分為：40nm AlN成核層，1400nm非故意摻雜GaN外延層，1.5nmAl

2、N阻擋層和25nm Al0.3Ga0.7N勢(shì)壘層。室溫下霍爾效應(yīng)測(cè)試得到AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)2DEG面密度和遷移率分別為1.1?1013 cm-2和1140 cm2/V?s。制作MOSHEMT器件過(guò)程中，柵氧化層的淀積是至關(guān)重要的一個(gè)步驟。第四章中，為了進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，本文中將同一片AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料分為三份并使用ALD方法分別淀積了厚度為3.5nm、7.5nm和
　　10nm的Al2O3柵介質(zhì)層。對(duì)三種不同柵介質(zhì)厚度

3、的器件統(tǒng)一進(jìn)行了測(cè)試并繪制了C-V特性曲線。通過(guò)測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)，Al2O3層較薄時(shí)，柵電容相對(duì)較大。較厚的Al2O3介質(zhì)層具有更好的鈍化效果，較薄的鈍化層并不能完全消除MOCVD異質(zhì)外延生長(zhǎng)時(shí)AlGaN表面的不平整性所帶來(lái)的影響。第二節(jié)中，通過(guò)對(duì)不同介質(zhì)層厚度器件的C-V測(cè)試和仿真，確定了在Al2O3/AlGaN界面處存在有帶正電的固定電荷Qif=2.2×1013cm-2。仿真證明其存在會(huì)使器件的閾值電壓增大，C-V曲線沿負(fù)向漂移。第三節(jié)

4、中使用Terman高頻法，通過(guò)計(jì)算得出氧化層厚度為3.5nm、7.5nm和10nm時(shí)界面陷阱電荷密度Dit分別為(0.62~1.16)?1013 cm-2eV-1，(0.88~1.9)?1013 cm-2eV-1和(0.65~2.44)?1013 cm-2eV-1。隨著柵介質(zhì)厚度的增大，界面陷阱密度也隨之增大。隨著Al2O3介質(zhì)厚度的增加，介質(zhì)層向多晶態(tài)轉(zhuǎn)變，可能出現(xiàn)的缺陷增多，同時(shí)介質(zhì)層體陷阱的作用已不可忽視，所以總體測(cè)試結(jié)果應(yīng)略大于

5、實(shí)際值。第四節(jié)使用器件模擬仿真了不同能級(jí)、不同俘獲面積的界面陷阱電荷對(duì)瞬態(tài)特性的影響。分析發(fā)現(xiàn)，能級(jí)越淺、俘獲面積越大的界面陷阱電荷對(duì)器件瞬態(tài)特性的影響越大。第五章中，將同一片AlGaN/GaN材料分為兩部分，一部分使用ALD淀積10nm Al2O3氧化層，另一部分先使用plasma氧化處理10min，再使用ALD方法淀積8nm Al2O3氧化層做成器件進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過(guò)測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)使用plasma氧化處理過(guò)的器件閾值電壓有正向漂移的