超寬禁帶半導(dǎo)體金剛石材料由于其獨特的電學特性而非常適用于制備功率器件。金剛石器件大多表現(xiàn)為耗盡型,然而在高功率高頻應(yīng)用領(lǐng)域,增強型器件在簡化驅(qū)動電路的設(shè)計、降低功率損耗,提高電路可靠性等方面更具優(yōu)勢。目前國內(nèi)外對金剛石增強型器件的報道還較少,且所制備的器件存在導(dǎo)通電阻較大,源漏電流較小等問題。另一方面,減小器件尺寸在理論上可以提高器件的源漏電流、截止頻率等特性,但是當溝道長度進入亞微米階段,短溝道效應(yīng)的出現(xiàn)將給器件設(shè)計和應(yīng)用帶來新的挑戰(zhàn)。針對以上問題,本文開展了金剛石增強型場效應(yīng)器件研究,具體的工作和結(jié)論如下:1.基于氫終端多晶金剛石襯底實現(xiàn)了增強型MESFET器件,閾值電壓為-0.4 V。帶有MoO₃鈍化層的MESFET的源漏電流達到-51.5 mA/mm,跨導(dǎo)達到19.2 mS/mm,均達到未經(jīng)鈍化處理的MESFET指標的2倍。且?guī)в蠱oO₃層的MESFET表現(xiàn)出更好的溫度穩(wěn)定性。分析鈍化柵源二極管得到增強型鋁/氫終端金剛石肖特基勢壘高度為0.623 eV,有效勢壘層厚度為9.7 nm,小的串聯(lián)電阻使器件的電容頻散非常小。這些結(jié)果說明Mo... 

【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

金剛石禁帶寬度隨溫度的變化圖

西安電子科技大學碩士學位論文10圖2.1 金剛石表面轉(zhuǎn)移摻雜能帶示意圖[61]已經(jīng)向上彎曲，表面出現(xiàn)空穴積累。熱平衡狀態(tài)下，對于理想的 MOS 結(jié)構(gòu)，EF與EFM相等，氧化物中沒有電流通過。而當金屬上外加變化的負偏壓時，金剛石的表面費米能級會被抬高，此時電子將從金剛石體內(nèi)轉(zhuǎn)移到介質(zhì)層，金剛石表面的空穴積累將增加，直到金剛石體內(nèi)和表面的費米能級重新達到平衡。類似的過程，當金屬上外加正偏壓時，金剛石表面空穴濃度降低。這實現(xiàn)了電壓控制電荷的存儲，是氫終端金剛石 MOS 電容的工作原理。金剛石絕緣層金屬沿虛線畫能帶圖(a) (b)圖2.2 氫終端金剛石 MOS 結(jié)構(gòu)（a）立體及（b）平面示意圖2.2.2器件結(jié)構(gòu)及工作原理根據(jù) MOS 電容部分的介紹可以看到，氫終端金剛石的表面電導(dǎo)是受垂直于表面的電壓控制的。當在 MOS 電容的兩端加上加上源極和漏極時

結(jié)構(gòu)及其漂移區(qū)最對應(yīng)的能帶如圖 2.9 所示。帶有部分 C-O 的 C-H 溝道載流子濃度更低。這也是部分氧溝道器件可以實現(xiàn)金剛石增強型器件的重要原因。圖2.9 氫氧混合溝道器件的（a）結(jié)構(gòu)示意圖及（b）（c）能帶圖采用氫氧混合溝道制備增強型器件有以下 3 個優(yōu)點，1）器件具有更高的擊穿電壓；2）器件的關(guān)態(tài)電流很小，開關(guān)比較高；3）理論上可以通過控制部分 C-O 的狀態(tài)控制器件的閾值電壓。然而這種器件還存在很多不足之處：第一，正如前面所說，帶有 C-O 的 C-H 溝道中載流子遷移率降低，濃度減小，這導(dǎo)致這種器件的源漏電流相比于耗盡型器件更小。第二，目前實現(xiàn)部分氧終端的辦法并不能精確控制 C-O 的狀態(tài)，因此很難通過工藝精確控制器件的電學表現(xiàn)。為了解決這個問題，要求必須找到一種新的實現(xiàn)部分 C-O 終端的工藝，可以精確地控制 C-O 的狀態(tài)


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