基于LPCVD-SiNx柵介質(zhì)的AlGaN-GaNMIS-HEMTs器件及其界面特性研究.pdf

1、氮化鎵（GaN）寬禁帶半導(dǎo)體是當(dāng)前功率器件領(lǐng)域研究的熱門，相比于傳統(tǒng)硅基功率器件，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（HFET）具有高擊穿電壓、低導(dǎo)通損耗以及高工作頻率等特點(diǎn)，在功率轉(zhuǎn)換、微波通信領(lǐng)域展現(xiàn)出極其突出的應(yīng)用潛力和優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于傳統(tǒng)肖特基柵高電子遷移率晶體管（HEMT），AlGaN/GaN MIS-HEMT器件具有更低的柵泄漏電流和更大的柵壓擺幅，更適宜高壓、大功率以及高可靠性要求的工作環(huán)境，因而成為當(dāng)前AlGaN/GaN

2、HFET研究中的重點(diǎn)。然而，MIS-HEMT中柵介質(zhì)的引入形成了新的柵介質(zhì)/氮化物（III-Ntride）界面，其存在的界面態(tài)和固定電荷將導(dǎo)致器件的性能惡化和可靠性問(wèn)題，比如閾值回滯、電流崩塌以及閾值電壓負(fù)向偏移等，所以選擇合適的柵介質(zhì)材料和界面處理工藝是提高AlGaN/GaN MIS-HEMT器件性能和可靠性的關(guān)鍵所在?；诖?，本論文采用高溫條件下低壓化學(xué)氣相淀積（LPCVD）生長(zhǎng)的氮化硅（SiNx）作為AlGaN/GaN MIS-H

3、EMT的柵介質(zhì)，對(duì)器件及其界面特性展開研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）基于中科院微電子所四室的寬禁帶半導(dǎo)體工藝線，實(shí)驗(yàn)采用不同淀積溫度和退火溫度實(shí)現(xiàn)了LPCVD-SiNx的制備，對(duì)其禁帶寬度、擊穿電場(chǎng)以及與GaN的導(dǎo)帶帶階等介質(zhì)性能進(jìn)行了表征，其中650℃淀積830℃退火的20nm SiNx展示出了~13MV/cm的介質(zhì)擊穿電場(chǎng)和2.75eV的GaN導(dǎo)帶帶階。進(jìn)而實(shí)驗(yàn)采用650℃下淀積生長(zhǎng)的LPCVD-SiNx作為AlGaN/

4、GaN MIS-HEMT的柵介質(zhì)，并完成了相關(guān)器件的制備，該MIS-HEMT展示出了~1010的開關(guān)電流比，超過(guò)12V的柵電壓擺幅，20μm漂移區(qū)長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的擊穿電壓為878V。
　　（2）通過(guò)脈沖轉(zhuǎn)移I-V法和變頻變溫C-V測(cè)試，對(duì)LPCVD-SiNx/III-Ntride界面態(tài)分布進(jìn)行表征，并且采用精確的閾值電壓測(cè)試方法和能帶模擬提取了LPCVD-SiNx/III-Ntride等效界面固定電荷密度。最后，測(cè)試獲取了EC-ET=0