GaN MOSFET表征方法及工藝依賴性研究.pdf

1、GaN作為第三代半導(dǎo)體，和傳統(tǒng)的Si相比具有更大的禁帶寬度，更高擊穿電場(chǎng)、更高的電子飽和速度等優(yōu)點(diǎn)，使得其在高溫，高頻，大功率等場(chǎng)合具有令人矚目的應(yīng)用前景。研究人員已經(jīng)做出了性能優(yōu)良的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HFETs)，但它的常開特性使得其功耗較大。在這種情況下，可以做成常關(guān)型器件的GaN MOSFET成為了近年來的研究熱點(diǎn)。然而實(shí)際制作的GaN MOSFET的溝道遷移率仍然較低，遷移率評(píng)價(jià)方法存在高估或者低估的問題。因

2、此對(duì)GaN MOSFET制作工藝的優(yōu)化并對(duì)其性能進(jìn)行合理表征是十分重要的。
　　本文研究主要分為兩個(gè)部分，分別為測(cè)試表征方法的研究和工藝依賴性的研究。在測(cè)試表征部分，實(shí)驗(yàn)中在條形GaN MOSFET中發(fā)現(xiàn)了由不良隔離工藝所導(dǎo)致的平行溝道現(xiàn)象。在運(yùn)用傳統(tǒng)C-Gm方法時(shí)，這種平行溝道現(xiàn)象將導(dǎo)致兩段遷移率現(xiàn)象并最終導(dǎo)致遷移率被高估。另一方面，經(jīng)過ICP干法刻蝕，溝道的長(zhǎng)度會(huì)出現(xiàn)展寬。這將導(dǎo)致遷移率被低估，特別對(duì)溝道比較短的MOSFET尤

3、為明顯。在本文中，實(shí)驗(yàn)證實(shí)且分析了以上這些現(xiàn)象，并提出了一種改進(jìn)的方法來評(píng)價(jià)溝道遷移率和溝道長(zhǎng)度變化量。通過改進(jìn)方法所提取出的遷移率為152.3 cm2V-1s-1，這個(gè)結(jié)果能很好地吻合從長(zhǎng)溝道環(huán)形器件提取到的被認(rèn)為比較合理的遷移率結(jié)果。在器件工藝依賴性的研究中，采用了多種不同器件結(jié)構(gòu)及制作工藝條件。首先，實(shí)驗(yàn)中采用了三種不同結(jié)構(gòu)的GaN MOSFET，結(jié)果顯示，采用n摻雜并帶有GaN帽層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的MOSFET，具有最大的溝道電子遷

4、移率和最低的界面態(tài)密度，是比較理想的GaN MOSFET的結(jié)構(gòu)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了不同ICP條件下的溝槽干法刻蝕實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并分析了溝槽刻蝕過程中產(chǎn)生的側(cè)墻附近過度刻蝕（溝槽）效應(yīng)。找到了相對(duì)優(yōu)化的ICP溝槽刻蝕條件。采用優(yōu)化的工藝條件制作的GaN MOSFET的最大溝道遷移率達(dá)到151 cm2V-1s-1，界面態(tài)密度為1.31×1011 cm-2eV-1，取得了較為理想的成果。
　　基于上述系列實(shí)驗(yàn)，本文提出了一套具有一定普適化的遷