GaN基器件肖特基接觸的新結(jié)構(gòu)和新材料的研究.pdf

1、AlxGal-xN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料和器件的研究是當(dāng)前研究的前沿領(lǐng)域和熱點(diǎn)。而其中熱點(diǎn)研究之一是肖特基接觸的研究。本文系統(tǒng)的研究了在Ni/Au金屬和GaN間插入3nm薄Al層這種新型結(jié)構(gòu)肖特基接觸的熱穩(wěn)定性,同時(shí)研究了在Ni/Au金屬與Al0.25Ga0.75N/GaN異質(zhì)結(jié)間插入3nm薄Al層肖特基接觸的反向漏電機(jī)制,以及Ni/Au肖特基接觸的高溫電流輸運(yùn)機(jī)制。本文最后研究了用金屬W的氮化物作為Al0.255Ga0.75N/GaN的

2、肖特基接觸的熱穩(wěn)定性。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)研究了在Ni/Au和GaN間插入一個(gè)3nmAl薄層的肖特基接觸的電學(xué)性質(zhì)和熱穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)Al薄層的插入不僅將肖特基接觸的反向漏電減小了幾乎兩個(gè)數(shù)量級(jí),而且提高了肖特基接觸的熱穩(wěn)定性。研究了Al/Ni/Au肖特基接觸的熱退火性質(zhì),我們發(fā)現(xiàn)在插入Al薄層后,勢(shì)壘高度和串聯(lián)電阻在退火溫度低于450℃時(shí),隨溫度的上升逐漸增加。我們也得到Al/Ni/Au肖特基結(jié)在退火溫度為450℃,退

3、火時(shí)間為12分鐘時(shí),反向漏電最小。
　　 (2)研究了傳統(tǒng)Ni/Au肖特基與Al0.25Ga0.75N表面之間插入了3nm的Al薄層后肖特基接觸在溫度為25-350℃之間時(shí)的反向漏電情況,并且和未插薄Al層的肖特基接觸進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明插入薄鋁層后,I-V曲線的最低點(diǎn)向負(fù)偏壓方向移動(dòng)。隨著溫度的上升,該點(diǎn)又回到零點(diǎn)。反偏漏電對(duì)溫度的依賴也被研究。結(jié)果表明Al薄層的插入在Al0.25Ga0.75N和金屬之間引入了界面態(tài)。插入

4、的Al與Al0.25Ga0.75N表面的氧雜質(zhì)反應(yīng),減小了氧元素引起的缺陷,同時(shí)形成了Al2O3絕緣層,抑制了與氧有關(guān)的隧穿電流和熱場(chǎng)發(fā)射電流。而且Al的插入也提高了二極管的高溫可靠性。在研究新型肖特基接觸的同時(shí)還研究了Au/Ni/Al0.25Ga0.75N/GaN肖特基二極管在25℃-250℃溫度范圍內(nèi)的電流輸運(yùn)機(jī)制,發(fā)現(xiàn)肖特基勢(shì)壘高度的高斯分布模型能很好的解釋在該溫度范圍內(nèi)有效肖特基勢(shì)壘隨溫度升高而升高的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
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5、3)研究了N2氣與Ar氣比例不同時(shí)WNx/Al0.25Ga0.75N/GaN異質(zhì)結(jié)肖特基接觸的熱穩(wěn)定性。以及用肖特基勢(shì)壘的高斯分布模型擬合了WNx肖特基接觸的電流輸運(yùn)機(jī)制。本文用在N2和Ar的混合氣體中磁控濺射純W靶得到了WNx材料,發(fā)現(xiàn)當(dāng)N2比例不同時(shí),WNx肖特基接觸的熱穩(wěn)定性和反向漏電情況不同。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)N2:Ar氣的比例為1:2時(shí),WNx肖特基接觸可以穩(wěn)定到600℃;當(dāng)N2:Ar的比例為4:1時(shí),WNx肖特基接觸可以穩(wěn)定到500