AlGaN/GaN開關(guān)器件關(guān)鍵技術(shù)的研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-30 03:23
基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的肖特基勢壘二極管(Schottky Barrier Diode,SBD)和高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)開關(guān)器件具有耐壓高、導(dǎo)通阻值低、開關(guān)頻率高、系統(tǒng)效率高、耐高溫、抗輻射等優(yōu)勢,成為了射頻微波、電力電子等領(lǐng)域的重要研究對象。本論文主要研究了AlGaN/GaN SBD和HEMT器件的制備過程中的關(guān)鍵工藝條件對器件性能的影響,并在優(yōu)化后的工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上對器件進(jìn)行制備研究與測試分析。本論文是在863計(jì)劃項(xiàng)目(編號2015AA033305)的支持下完成的,主要研究內(nèi)容如下:1.制備了霍爾測試樣片,并采用霍爾測試儀對實(shí)驗(yàn)所用外延片的特性參數(shù)進(jìn)行了測量;分析并優(yōu)化了外延片的濕法化學(xué)腐蝕條件,在優(yōu)化后的條件下腐蝕外延片,通過統(tǒng)計(jì)不同大小腐蝕坑的數(shù)量得到外延片的位錯(cuò)密度,進(jìn)而判斷外延片的質(zhì)量。2.實(shí)驗(yàn)對器件制備的關(guān)鍵工藝步驟進(jìn)行了單步的優(yōu)化。例如,針對ICP刻蝕臺面有源區(qū)過程中出現(xiàn)糊膠、粗糙度問題,本文分布提出改進(jìn)掩膜條件、使用先快后慢的結(jié)合刻蝕方法,有效緩解了掩膜需求和表面形貌等問題;在歐姆電極制...
【文章來源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
氮化物同其它半導(dǎo)體材料禁帶寬度與晶體常數(shù)的關(guān)系
圖 1-2 氮化物同其它半導(dǎo)體材料頻率與功率范圍[3]The frequencies and power range of nitride and other semiconduct國內(nèi)外研究進(jìn)展GaN SBD 具有耐壓高、導(dǎo)通電阻低、開關(guān)頻率快、系有利于降低器件功率損失和提高轉(zhuǎn)換效率。肖特基勢導(dǎo)通工作的器件，相比于 PN 結(jié)開關(guān)二極管，沒有少存儲效應(yīng)的存在，由開關(guān)頻率特性所決定的工作切換率損耗低，能夠?qū)崿F(xiàn)提升效率以及降低功耗，有效節(jié)的 AlGaN/GaN SBD 已成為目前國內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)的研材料肖特基二極管的研究過程中，早期對氮化鎵體材多，隨著異質(zhì)結(jié)外延技術(shù)的成熟，以及對異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)肖特基二極管的研究日趨成熟。國際上的主流延質(zhì)量和器件結(jié)構(gòu)來提升器件性能，其發(fā)展概況如下
器件的表面帽層結(jié)構(gòu)，除了對器件反向漏電的具有抑制作用，還可有效緩解反向特性的惡化。2016 年，臺灣科研團(tuán)隊(duì)[23]研究了凹槽陽極、陽極刻蝕區(qū)刻蝕粗糙度對器件特性的影響，通過優(yōu)化刻蝕表面條件，可達(dá)到同時(shí)減小漏電流和提高擊穿電壓，實(shí)現(xiàn) 0.73V 的開啟電壓，且采取場板結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)擊穿電壓達(dá)到 2070V。南京電子器件研究所是國內(nèi)最早開展 AlGaN/GaN 異質(zhì)結(jié)特性和 AlGaN/GaN 微波功率 HEMT 研究的單位之一，在 GaN 功率電子器件領(lǐng)域已經(jīng)開展了大量工作，在藍(lán)寶石襯底 GaN 材料上研制了耐壓大于 1000V 的耗盡型 AlGaN/GaN HEMT器件。近年來， AlGaN/GaN SBD 器件的研究發(fā)現(xiàn)取得了很大進(jìn)展，但性能參數(shù)還遠(yuǎn)低于理論值，為進(jìn)一步提升 AlGaN/GaN SBD 在功率電子開關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，還需要優(yōu)化提升 SBD 器件的性能，如提高器件擊穿電壓，降低器件漏電流、開啟電壓和導(dǎo)通電阻等。對 GaN 器件已有的研究取得了很大的進(jìn)展，但器件的實(shí)際性能與其理論極限值還相差很大，如圖 1-3 所示[24]。目前，GaN 基 SBD 的應(yīng)用范圍較小，只有少量的器件應(yīng)用于軍工方面，為促進(jìn)與推廣 GaN 基 SBD 的大范圍應(yīng)用，還需解決以下問題：
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Breakdown characteristics of AlGaN/GaN Schottky barrier diodes fabricated on a silicon substrate[J]. 蔣超,陸海,陳敦軍,任芳芳,張榮,鄭有炓. Chinese Physics B. 2014(09)
[2]高耐壓Si基GaN功率電子器件[J]. 管邦虎,孔岑,耿習(xí)嬌,陸海燕,倪金玉,周建軍,孔月嬋,馮軍,陳堂勝. 固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2013(06)
[3]Electric field modulation technique for high-voltage AlGaN/GaN Schottky barrier diodes[J]. 湯岑,謝剛,張麗,郭清,汪濤,盛況. Chinese Physics B. 2013(10)
[4]Analysis of the ohmic contacts of Ti/Al/Ni/Au to AlGaN/GaN HEMTs by the multi-step annealing process[J]. 顏偉,張仁平,杜彥東,韓偉華,楊富華. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2012(06)
[5]GaN電感耦合等離子體刻蝕的優(yōu)化和損傷分析[J]. 滕龍,于治國,楊濛,張榮,謝自力,劉斌,陳鵬,韓平,鄭有炓,施毅. 微納電子技術(shù). 2012(03)
[6]最大振蕩頻率為200GHz的藍(lán)寶石襯底AlGaN/GaN HEMT(英文)[J]. 劉果果,魏珂,黃俊,劉新宇,牛潔斌. 紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2011(04)
[7]高擊穿電壓AlGaN/GaN HEMT電力開關(guān)器件研究進(jìn)展[J]. 張明蘭,楊瑞霞,王曉亮,胡國新,高志. 半導(dǎo)體技術(shù). 2010(05)
[8]AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)Ni/Au肖特基表面處理及退火研究[J]. 王沖,馮倩,郝躍,萬輝. 物理學(xué)報(bào). 2006(11)
[9]氮化鎵干法刻蝕研究進(jìn)展[J]. 王沖,郝躍,馮倩,郭亮良. 半導(dǎo)體技術(shù). 2006(06)
[10]對GaN薄膜不同腐蝕方法的腐蝕坑的研究(英文)[J]. 陸敏,常昕,方慧智,楊志堅(jiān),楊華,黎子蘭,任謙,張國義,章蓓. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2004(11)
碩士論文
[1]AlGaN/GaN肖特基勢壘二極管制作工藝與器件特性研究[D]. 王磊.清華大學(xué) 2011
本文編號：2946886
【文章來源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
氮化物同其它半導(dǎo)體材料禁帶寬度與晶體常數(shù)的關(guān)系
圖 1-2 氮化物同其它半導(dǎo)體材料頻率與功率范圍[3]The frequencies and power range of nitride and other semiconduct國內(nèi)外研究進(jìn)展GaN SBD 具有耐壓高、導(dǎo)通電阻低、開關(guān)頻率快、系有利于降低器件功率損失和提高轉(zhuǎn)換效率。肖特基勢導(dǎo)通工作的器件，相比于 PN 結(jié)開關(guān)二極管，沒有少存儲效應(yīng)的存在，由開關(guān)頻率特性所決定的工作切換率損耗低，能夠?qū)崿F(xiàn)提升效率以及降低功耗，有效節(jié)的 AlGaN/GaN SBD 已成為目前國內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)的研材料肖特基二極管的研究過程中，早期對氮化鎵體材多，隨著異質(zhì)結(jié)外延技術(shù)的成熟，以及對異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)肖特基二極管的研究日趨成熟。國際上的主流延質(zhì)量和器件結(jié)構(gòu)來提升器件性能，其發(fā)展概況如下
器件的表面帽層結(jié)構(gòu)，除了對器件反向漏電的具有抑制作用，還可有效緩解反向特性的惡化。2016 年，臺灣科研團(tuán)隊(duì)[23]研究了凹槽陽極、陽極刻蝕區(qū)刻蝕粗糙度對器件特性的影響，通過優(yōu)化刻蝕表面條件，可達(dá)到同時(shí)減小漏電流和提高擊穿電壓，實(shí)現(xiàn) 0.73V 的開啟電壓，且采取場板結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)擊穿電壓達(dá)到 2070V。南京電子器件研究所是國內(nèi)最早開展 AlGaN/GaN 異質(zhì)結(jié)特性和 AlGaN/GaN 微波功率 HEMT 研究的單位之一，在 GaN 功率電子器件領(lǐng)域已經(jīng)開展了大量工作，在藍(lán)寶石襯底 GaN 材料上研制了耐壓大于 1000V 的耗盡型 AlGaN/GaN HEMT器件。近年來， AlGaN/GaN SBD 器件的研究發(fā)現(xiàn)取得了很大進(jìn)展，但性能參數(shù)還遠(yuǎn)低于理論值，為進(jìn)一步提升 AlGaN/GaN SBD 在功率電子開關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，還需要優(yōu)化提升 SBD 器件的性能，如提高器件擊穿電壓，降低器件漏電流、開啟電壓和導(dǎo)通電阻等。對 GaN 器件已有的研究取得了很大的進(jìn)展，但器件的實(shí)際性能與其理論極限值還相差很大，如圖 1-3 所示[24]。目前，GaN 基 SBD 的應(yīng)用范圍較小，只有少量的器件應(yīng)用于軍工方面，為促進(jìn)與推廣 GaN 基 SBD 的大范圍應(yīng)用，還需解決以下問題：
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Breakdown characteristics of AlGaN/GaN Schottky barrier diodes fabricated on a silicon substrate[J]. 蔣超,陸海,陳敦軍,任芳芳,張榮,鄭有炓. Chinese Physics B. 2014(09)
[2]高耐壓Si基GaN功率電子器件[J]. 管邦虎,孔岑,耿習(xí)嬌,陸海燕,倪金玉,周建軍,孔月嬋,馮軍,陳堂勝. 固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2013(06)
[3]Electric field modulation technique for high-voltage AlGaN/GaN Schottky barrier diodes[J]. 湯岑,謝剛,張麗,郭清,汪濤,盛況. Chinese Physics B. 2013(10)
[4]Analysis of the ohmic contacts of Ti/Al/Ni/Au to AlGaN/GaN HEMTs by the multi-step annealing process[J]. 顏偉,張仁平,杜彥東,韓偉華,楊富華. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2012(06)
[5]GaN電感耦合等離子體刻蝕的優(yōu)化和損傷分析[J]. 滕龍,于治國,楊濛,張榮,謝自力,劉斌,陳鵬,韓平,鄭有炓,施毅. 微納電子技術(shù). 2012(03)
[6]最大振蕩頻率為200GHz的藍(lán)寶石襯底AlGaN/GaN HEMT(英文)[J]. 劉果果,魏珂,黃俊,劉新宇,牛潔斌. 紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2011(04)
[7]高擊穿電壓AlGaN/GaN HEMT電力開關(guān)器件研究進(jìn)展[J]. 張明蘭,楊瑞霞,王曉亮,胡國新,高志. 半導(dǎo)體技術(shù). 2010(05)
[8]AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)Ni/Au肖特基表面處理及退火研究[J]. 王沖,馮倩,郝躍,萬輝. 物理學(xué)報(bào). 2006(11)
[9]氮化鎵干法刻蝕研究進(jìn)展[J]. 王沖,郝躍,馮倩,郭亮良. 半導(dǎo)體技術(shù). 2006(06)
[10]對GaN薄膜不同腐蝕方法的腐蝕坑的研究(英文)[J]. 陸敏,常昕,方慧智,楊志堅(jiān),楊華,黎子蘭,任謙,張國義,章蓓. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2004(11)
碩士論文
[1]AlGaN/GaN肖特基勢壘二極管制作工藝與器件特性研究[D]. 王磊.清華大學(xué) 2011
本文編號：2946886
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