砷化鎵微波功率場效應晶體管的硫鈍化研究.pdf

1、砷化鎵的表面鈍化是一個長期未能很好解決的問題.八十年代后期出現(xiàn)的硫鈍化技術給鈍化研究注入了活力,但它的化學穩(wěn)定性仍不夠理想.本論文通過對GaAs MESFET擊穿機理和硫鈍化機理的研究,用負電荷表面態(tài)理論,解釋了GaAs MESFET動態(tài)擊穿特性及硫鈍化后柵漏擊穿電壓增大、源漏飽和電流減小的機理,提出了改善硫鈍化穩(wěn)定性的措施.GaAs MESFET動態(tài)擊穿特性測試結果表明,GaAs MESFET的擊穿電壓隨柵極與漏極上所加脈沖電壓寬度的

2、增大而增大,這主要是因為表面態(tài)的原因.用(NH<,4>)<,2>S<,x>溶液進行濕法鈍化處理可以除去GaAs表面的氧化物以及多余的As,抑制施主表面態(tài)As的反位缺陷As<,Ga>的形成,也就是說,GaAs表面硫鈍化可以同時降低N<,d>和N<,d>/N<,a>的比值(N<,d>是施主表面態(tài)密度;N<,a>是受主表面態(tài)密度).表面受主態(tài)的增多使表面負電荷密度增大,表面聚集的負電荷可以分散漏側柵邊緣處的電力線密度,減弱了柵靠漏一側的電場強

3、度,擊穿電壓提高.這是硫鈍化GaAs MESFET擊穿電壓升高的主要機理.本文分析了硫鈍化后源漏飽和電流減小的原因,認為GaAs表面極易被空氣中的氧原子氧化,由于Ga-O鍵比As-O鍵結合的更緊,Ga原子優(yōu)先向表面移動,這導致亞表面層成為富As層.過多的As元素會提升GaAs亞表面層As<,Ga>施主缺陷濃度.硫處理去除了GaAs表面的氧化物和多余的As,因此遏制了施主表面態(tài)As<,Ga>的形成,降低了N<,d>和N<,d>/N<,a>

4、.表面費米能級向價帶頂移動,能帶彎曲加劇,肖特基勢壘高度增加,表面耗盡層變厚,導電溝道變窄,是導致源漏飽和電流下降的主要因素.利用(NH<,4>)<,2>S<,x>處理與PECVD氮化硅鈍化相結合,研究改善GaAs表面硫鈍化穩(wěn)定性.用SIMS分析結合器件直流特性測試,比較了在不同條件下淀積的氮化硅對GaAs硫鈍化表面的作用,特別是淀積溫度分別為80℃、80℃/230℃、230℃時對硫鈍化效果的影響.在此基礎上提出了較佳的鈍化條件:先以濕