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《超薄Al2O3绝缘栅AlGaNGaNMOSHEMT器件研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、中国科学E辑:技术科学2009年第39卷第2期:239~243《中国科学》杂志社www.scichina.comtech.scichina.comSCIENCEINCHINAPRESS超薄Al2O3绝缘栅AlGaN/GaNMOS-HEMT器件研究*岳远征,郝跃,冯倩,张进城,马晓华,倪金玉西安电子科技大学宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室,西安710071*E-mail:yzhyue@mail.xidian.edu.cn收稿日期:2007-08-13;接受日期:2007-11-04国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(批准号
2、:51327020301)和国家自然科学基金项目(批准号:60736033)资助摘要采用原子层淀积(ALD),实现超薄(3.5nm)Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金关键词属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).新型AlGaN/GaNMOS-HEMT器件栅原子层淀积长0.8μm,栅宽60μm,栅压为+3.0V时最大饱和输出电流达到800mA/mm,最大跨导达超薄Al2O3AlGaN/GaN到150ms/mm,与同样尺寸的AlGaN/GaNHEMT器件相比,栅泄漏电流比MES结构的MOS-HEMT器件HEMT降
3、低两个数量级,开启电压保持在−5.0V.C-V测量表明Al2O3能够与AlGaN形成高质量的Al2O3/AlGaN界面.AlGaN/GaNHEMT器件具有禁带宽度大(3.4~原子层淀积是一种可以在原子尺度进行薄膜厚76.2eV)、电子饱和速度高(2.8×10cm/s)和击穿场强大度精确控制的淀积方法,它通过表面可控的饱和化(≥5MV/cm)等优点,非常适合于高频、大功率与高学反应来实现原子的逐层淀积,原子层淀积具有很温应用.然而AlGaN/GaN表面缺陷和有限的势垒高度好的三维保形性,100%台阶覆盖,良好的厚度均匀性,所导致的栅泄露
4、电流进一步限制了AlGaN/GaNHEMT大面积淀积下薄膜无针孔,低缺陷密度,粘附性好,[1]器件的高频、大功率与高温可靠性.为解决这一问低应力,对衬底无损伤,生产效率高,低成本等优点,[2,3]其薄膜质量远高于溅射和电子束蒸发所获得的AlO,题,已有报道使用金属-绝缘层-半导体(MIS)或金23[4]且原子层淀积AlO能够与AlGaN形成高质量的属-氧化物-半导体(MOS)结构来抑制栅泄露电流,23然而这些绝缘栅器件与传统的AlGaN/GaNHEMT器Al2O3/AlGaN界面,Al2O3还具有大禁带宽度(9eV),件相比在饱和电流
5、、跨导和开启电压方面无任何优势.高介电常数(κ~10),高击穿电场(5~10MV/cm),很好[5~9][10,11][12]的热稳定性(在近来,使用SiO2,Si3N4,Al2O3和其他介1000℃高温下仍保持无定型),与[13,14]AlGaN之间有很好的化学稳定性(相互之间无扩散).质作为栅绝缘层的金属-绝缘层-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMT)或金属-氧化物-半导体高电通过对研制的AlGaN/GaNHEMT器件和AlGaN/子迁移率晶体管(MOS-HEMT)取得了很大进展,然GaNMOS-HEMT器件对比分析,深入研
6、究了ALD而由于SiO2,Si3N4比较小的介电常数,SiO2/AlGaN,Al2O3层的插入对AlGaN/GaNHEMT器件特性的影响.[13]Si3N4/AlGaN之间大的界面态密度,AlGaN/GaNMOS-类似于SiO2,Si3N4和Sc2O3,使用Al2O3作为栅介质HEMT和MIS-HEMT器件的跨导和开启电压仍无法可以明显降低AlGaN/GaNMOS-HEMT器件的栅泄与传统的AlGaN/GaNHEMT器件相比.露电流,并且可以使器件在高正栅压下工作,获得高239岳远征等:超薄Al2O3绝缘栅AlGaN/GaNMOS-H
7、EMT器件研究13−2的沟道二维电子气密度.原子层淀积Al2O3与PECVD和1.2×10cm.SiO2,Si3N4相比的诸多优点使Al2O3栅介质AlGaN/GaNMOS-HEMT研制的基本工艺条件为AlGaN/GaNMOS-HEMT器件与传统的AlGaN/GaN器件台面隔离采用ICP干法刻蚀,刻蚀深度为150nm;HEMT器件相比在界面质量、泄露电流、饱和电流密源漏欧姆接触采用Ti(300Å)/Al(1800Å)/Ni(550度、击穿电压、高频大功率应用方面凸现明显优势.Å)/Au(450Å)830℃N2气中退火60s;在栅金属制
8、作之前,从同一片AlGaN/GaN异质结构材料上分割部1器件结构与实验分放入原子层淀积腔体中,使用TMA和去离子水分实验选用的AlGaN/GaNMOS-HEMT和HEMT别作为Al源和O源,N2作为载气,在300℃下进行
