本文關(guān)鍵詞：氮化鎵基HFET低溫歐姆接觸和閾值電壓研究

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【摘要】：GaN基異質(zhì)結(jié)(即AlGaN/GaN)因?yàn)槠鋬?yōu)秀的材料特性,引來了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFET)正是利用該材料的這些優(yōu)勢發(fā)展起來的大功率,高頻率電子器件。采用自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的HFET能縮小器件柵與源,漏之間的串聯(lián)距離,降低串聯(lián)電阻,提升器件性能。但是,自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的先柵特性需要柵電極經(jīng)受歐姆接觸退火過程,850℃的退火溫度會損害柵電極的肖特基特性。為此,退火溫度低于600℃的低溫歐姆接觸工藝被提了出來,但其接觸電阻率大,需要優(yōu)化。本文對該工藝的退火條件進(jìn)行改進(jìn),降低了歐姆接觸的接觸電阻率。通過測試應(yīng)用該工藝的先柵AlGaN/GaN HFET驗(yàn)證了該工藝的實(shí)用性。此外,為了降低器件功耗和保證失效安全,發(fā)展增強(qiáng)型AlGaN/GaN HFET也是現(xiàn)在的熱點(diǎn)之一。本文利用AlGaN層減薄的方法對AlGaN/GaN HFET的閾值電壓進(jìn)行了改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了接近0 V的閾值電壓。同時也對AlGaN層減薄造成器件的關(guān)態(tài)漏電流增加的問題進(jìn)行了分析。首先,低溫歐姆接觸是利用ICP處理歐姆接觸區(qū)域引入N空位并輔以低溫退火來實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。在本組已經(jīng)優(yōu)化了ICP刻蝕的相關(guān)條件后,通過對不同退火溫度和不同退火時間進(jìn)行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)進(jìn)行1 min的575℃退火后,接觸電阻率僅為0.52 Ωmm。此數(shù)值與傳統(tǒng)工藝相比擬,但退火溫度從850℃下降到了575℃。同時,該歐姆接觸相關(guān)的溫度穩(wěn)定性以及表面形貌的問題,本文也進(jìn)行了分析。其次,本文介紹了自對準(zhǔn)和先柵結(jié)構(gòu),指出應(yīng)用這些結(jié)構(gòu)需要低溫歐姆接觸和耐高溫的柵電極。通過對比TiN肖特基二極管在不同退火處理后的I-V曲線,確認(rèn)了TiN可作為耐高溫材料替代Ni/Au用作柵電極。并且,本文通過對比應(yīng)用低溫歐姆接觸工藝和傳統(tǒng)Ti/Al/Ti/Au歐姆接觸的先柵AlGaN/GaN HFET的電學(xué)特性,確認(rèn)了低溫歐姆接觸工藝的HFET的柵電流相對于傳統(tǒng)工藝的HFET從10-4 A下降到了10-7A。綜合以上的結(jié)果,成功解決了自對準(zhǔn)和先柵結(jié)構(gòu)的柵肖特基特性退火受損問題。最后,為了實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型的AlGaN/GaN HFET,本文通過AIGaN層減薄的方法對HFET的閾值電壓進(jìn)行了調(diào)整。在AlGaN層刻蝕到僅8 nm的情況下,閾值電壓為-0.04 V,已接近實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型。同時,本文通過對比不同刻蝕條件下HFET器件的Id-Vg、Ig-Vg曲線特性,發(fā)現(xiàn)了刻蝕會增加器件的關(guān)態(tài)漏電流,并對該現(xiàn)象的形成原因做出了一些分析。本論文的研究內(nèi)容對于改善AlGaN/GaN HFET的制作工藝有可參考的地方,所用的工藝方案也較為常用,具有一定的實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：AlGaN/GaN HFET 制作工藝 歐姆接觸 閾值電壓 先柵結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN386
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-14
• 1.1 GaN材料的優(yōu)勢及應(yīng)用背景10-11
• 1.2 AlGaN/GaN HFET國內(nèi)外研究進(jìn)展11-12
• 1.3 AlGaN/GaN HFET所面臨的問題12
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容12-14
• 2 工藝設(shè)備及歐姆接觸相關(guān)概念介紹14-26
• 2.1 AlGaN/GaN HFET的制作工藝設(shè)備及相關(guān)用途14-17
• 2.1.1 半導(dǎo)體工藝方案及目的14-15
• 2.1.2 工藝制作所用設(shè)備15-17
• 2.2 AlGaN/GaN HFET的評估項(xiàng)目與手段17-20
• 2.2.1 基本測試項(xiàng)目及目的17
• 2.2.2 測試所用設(shè)備17-19
• 2.2.3 TLM測試介紹19-20
• 2.3 歐姆接觸的概念及傳統(tǒng)歐姆接觸工藝20-22
• 2.3.1 歐姆接觸的概念21
• 2.3.2 AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)上的傳統(tǒng)歐姆接觸介紹21-22
• 2.4 低溫歐姆接觸工藝介紹22-26
• 2.4.1 ICP刻蝕技術(shù)的采用22-23
• 2.4.2 低溫歐姆接觸工藝的制作過程23-24
• 2.4.3 低溫歐姆接觸的結(jié)果24-26
• 3 低溫歐姆接觸工藝的退火條件的研究26-39
• 3.1 低溫歐姆接觸退火條件研究的實(shí)驗(yàn)步驟26-29
• 3.1.1 低溫歐姆接觸退火條件研究所使用襯底結(jié)構(gòu)26-27
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)樣品制作步驟27-29
• 3.2 低溫歐姆接觸退火條件研究的測試結(jié)果29-36
• 3.2.1 退火溫度對于歐姆接觸特性的影響29-31
• 3.2.2 退火時間對于歐姆接觸特性的影響31-33
• 3.2.3 低溫歐姆接觸的溫度穩(wěn)定性及高溫對刻蝕后襯底的影響33-36
• 3.3 低溫歐姆接觸的形貌改善36-38
• 3.4 本章總結(jié)38-39
• 4 先柵AlGaN/GaN HFET的制作與評價39-55
• 4.1 自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與先柵結(jié)構(gòu)的AlGaN/G-N HFET介紹39-41
• 4.1.1 AlGaN/GaN HFET的串聯(lián)電阻問題39-40
• 4.1.2 自對準(zhǔn)AlG-N/GaN HFET介紹40-41
• 4.1.3 先柵AlG-N/GaN HFET介紹41
• 4.2 TiN柵電極的采用41-44
• 4.2.1 TiN材料用作柵電極的背景41-42
• 4.2.2 TiN肖特基二極管結(jié)構(gòu)的制備42-43
• 4.2.3 TiN肖特基二極管的耐高溫特性測試43-44
• 4.3 先柵AlGaN/GaN HFET的制作工藝流程44-49
• 4.3.1 襯底的表面清洗44-45
• 4.3.2 臺面隔離45-46
• 4.3.3 柵電極的制作46-47
• 4.3.4 源漏電極的制作47-48
• 4.3.5 先柵AlGaN/GaN HFET制作流程總結(jié)48-49
• 4.4 先柵AlGaN/G-N HFET的電學(xué)測試49-54
• 4.4.1 歐姆接觸性能測試49-52
• 4.4.2 肖特基漏電性能測試52-53
• 4.4.3 輸出特性與轉(zhuǎn)移特性測試53-54
• 4.5 本章總結(jié)54-55
• 5 ICP刻蝕對AIGaN/GaN HFET閾值電壓的影響的研究55-66
• 5.1 AlGaN/GaN HFET的閾值電壓定義及計(jì)算公式55-57
• 5.2 刻蝕AlGaN層增強(qiáng)型AlGaN/GaN HFET的工藝步驟57-58
• 5.2.1 刻蝕AlGaN改變AlGaN/GaN HFET閾值電壓的原理57
• 5.2.2 不同刻蝕時間下AlGaN/GaN HFET的制作57-58
• 5.3 器件性能測試與分析58-65
• 5.3.1 閾值電壓的變化情況分析58-62
• 5.3.2 刻蝕改善閾值電壓對AlGaN/GaN HFET的關(guān)態(tài)漏電流的影響62-65
• 5.4 本章總結(jié)65-66
• 結(jié)論66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況71-73
• 致謝73-74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1104736