Si基AlGaN-GaN增強(qiáng)型MIS-HFET閾值電壓調(diào)制技術(shù)研究.pdf

1、在能源分配系統(tǒng)中，功率半導(dǎo)體器件占據(jù)著至關(guān)重要的角色。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，Si基器件的性能已經(jīng)接近其理論極限，尤其是在當(dāng)前能源愈趨緊張的背景下發(fā)展半導(dǎo)體材料性能更優(yōu)的功率器件勢(shì)在必行。GaN作為第三代半導(dǎo)體材料，因其具有禁帶寬度大，臨界擊穿電場(chǎng)高和電子遷移率大等優(yōu)點(diǎn)，在射頻和功率器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，獲得了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。增強(qiáng)型器件因其具有失效保護(hù)（fail-safe）功能和能夠簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)難度而成為功率應(yīng)用領(lǐng)域的必然之選。然

2、而AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)固有極化效應(yīng)產(chǎn)生的二維電子氣使得增強(qiáng)型器件一直是GaN領(lǐng)域的研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)。Si基GaN器件因其具有低成本和硅工藝兼容的優(yōu)勢(shì)使其成為了GaN領(lǐng)域的研究熱潮。本文通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)研究了Si基AlGaN/GaN增強(qiáng)型MIS-HFET閾值電壓調(diào)制技術(shù)，主要內(nèi)容包括：
　　（1）通過(guò)仿真研究了柵槽刻蝕深度，柵介質(zhì)，柵金屬功函數(shù)和介質(zhì)/半導(dǎo)體界面正的固定電荷對(duì)增強(qiáng)型MIS-HFET閾值電壓的調(diào)制作用。仿真顯示，隨著柵

3、凹槽深度的增大，器件閾值電壓增大，跨導(dǎo)增大；隨著柵介質(zhì)厚度的增加，閾值電壓增大，但跨導(dǎo)減小，隨著柵介質(zhì)材料介電常數(shù)的增加，閾值電壓減小，跨導(dǎo)增大；隨著金屬功函數(shù)增大，閾值電壓增大，跨導(dǎo)不受影響。
　?。?）通過(guò)實(shí)驗(yàn)采用新型低損傷混合刻蝕技術(shù)，研究了柵槽刻蝕深度對(duì)增強(qiáng)型MIS-HFET閾值電壓的調(diào)控作用。實(shí)驗(yàn)表明隨著刻蝕深度的增加，閾值電壓增大但跨導(dǎo)和飽和電流減小。通過(guò)柵槽部分刻蝕，剩余的1.5nm勢(shì)壘層有效的減小了柵槽刻蝕帶來(lái)的損

4、傷和界面態(tài)對(duì)溝道電子的散射，制備出了閾值電壓1.5V，飽和電流大于690mA/mm，功率優(yōu)值大于620 MW/cm-2的增強(qiáng)型MIS-HFET器件。
　　（3）通過(guò)界面電荷工程，研究了Al2O3/GaN界面的正的固定電荷對(duì)增強(qiáng)型MIS-HFET閾值電壓的影響。因在GaN材料表面ALD生長(zhǎng)Al2O3時(shí)，O原子容易替代Ga-N鍵中的N原子使其顯正電特性且柵槽刻蝕的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生顯正電特性的Ga懸掛鍵，從而使Al2O3/GaN界面存在大量的