GaN注入隔离工艺国内外研究现状
时间:2018-05-02 22:29 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| AlGaN/GaN HEMT是上世纪九十年代初发展起来的异质结晶体管。图1-1是AlGaN/GaN HEMT的基本结构。衬底为蓝宝石、SiC或者Si等材料，其上分别是AlN成核层、GaN Buffer层和AlGaN势垒层，2DEG位于AlGaN/GaN异质结界面的GaN层内。金属与半导体形成肖特基接触的栅电极（Gate）控制沟道中的2DEG面密度来实现对两个欧姆接触源、漏电极（Source and Drain）之间电流的控制。22117 在传统AlGaAs/GaAs材料体系中，二文电子气的电子主要来源于AlGaAs和GaAs中的施主掺杂电离。而AlGaN/GaN异质结中，即使未人为掺杂，也能够形成面密度达到1×1013cm-2量级的二文电子气。AlGaN/GaN异质结中的二文电子气常被称为极化感应的二文电子气，因为极化效应能够在异质结中携程很强的内建电场，调制了氮化物异质结的能带结构，使异质界面GaN侧的量子阱变得又深又窄，非常有利于吸引自由电子积聚到阱中形成二文电子气。由于异质结界面形成了基本上不受电离杂质散射影响的2DEG，具有面密度高和电子迁移率高等优点。 尽管AlGaN/GaN HEMT的研究取得了很多进展，但是仍存在不少问题。其中，隔离工艺是影响AlGaN/GaN HEMT器件性能的关键工艺。由于大功率器件是由诸多的小栅宽器件并联而成，通常器件之间需要隔离，目的是阻断单个器件与器件之间载流子的流动，限制或消除器件间电流和电场的相互作用程度，使它们不会影响器件的工作，令每个器件都位于隔离区围成的“岛”（称为隔离岛）中。要求将各器件的势垒层之间和沟道层之间完全阻断，形成完美的隔离岛区域[6]。虽然离子注入是GaN HEMT器件的常用隔离技术，但是在大功率（总栅宽较大）GaN HEMT器件中还存在诸多问题。论文网 应用适当的隔离技术可以降低电路的寄生效应，实现器件较高的性能[13]。电容、电感耦合和漏电流都能被减小或消除。此外，电子和/或空穴可以更好地被限制于晶体管单元胞中[13]。使用隔离技术，导致更好的电学特性的重复性，对有源区内电荷分布的更好控制，及类似的对无源元件，如电阻、电感和电容特性的控制[13]。 器件隔离常有两种方法：台面刻蚀和离子注入。 1 台面刻蚀 台面刻蚀是通过在器件之间刻蚀出深度远远大于沟道的沟槽，实现器件间导电通道的阻断，来形成隔离区。GaN HEMT的台面刻蚀一般采用干法刻蚀[6]。干法刻蚀技术具有各向异性、对不同材料选择比差别较大、均匀性与重复性好、易于实现自动连续生产等优点[6]。但是，台面刻蚀也有很多问题存在：台面侧壁可能导致栅极漏电流增加、击穿电压降低[8]；台阶过深会导致爬坡金属容易断裂[9]等。 2 离子注入隔离 离子注入是一种采用加速离子轰击材料，然后加速离子穿过材料，之后加速离子通过晶格碰撞和随机过程慢下来，最后停留在材料表面微米范围内的一种工艺步骤[10]。离子注入隔离是通过离子注入来补偿半导体中的自由电子和空穴，形成半绝缘的高阻层，作为器件的隔离，称为离子注入隔离[11]。离子注入隔离技术实现了平面型隔离结构，克服了传统腐蚀法形成台面隔离结构所引起的一系列缺点[11]，比如，减少栅延迟电流崩塌[8]；获得很好的场区隔离[12]等。 晶格中被注入的离子通过注入损伤补偿和化学型补偿来实现隔离[6]。注入损伤补偿是指，注入后退火温度升高，注入区电阻首先由于损伤的修复作用上升到一个极大值，随后当更高温度的退火令损伤引起的缺陷密度继续减小而不足以补偿材料时，电阻率则下降[6]。化学型补偿是指，注入后退火温度升高，注入区电阻首先升高，然后再高温下稳定，材料中形成热稳定的补偿深能级[6]。 (责任编辑：qin) |