等离子体刻蚀凹栅槽影响AlGaN/GaN HEMT栅电流的机理

对等离子体干法刻蚀形成的凹栅槽结构Al GaN/GaN HEMTs肖特基电流增加的机理进行了研究.实验表明,凹栅槽结构Al GaN/GaN HEMTs肖特基栅电流增加一个数量级以上,击穿电压有一定程度的下降.利用AFM和XPS的方法分析Al GaN表面,等离子体干法刻蚀增加了Al GaN表面粗糙度,甚至出现部分尖峰状突起,增大了栅金属与Al GaN的接触面积;另一方面,等离子体轰击使Al GaN表面出现一定量的N空位,相当于栅金属与Al-GaN接触界面处出现n型掺杂层,使肖特基结的隧道效应加强,降低了肖特基势垒.由此表明,Al GaN表面粗糙度的增加以及一定量的N空位出现是引起栅电流急剧增大的根本原因.

AlGaN/GaN HEMT凹栅槽结构器件的频率特性

采用一系列不同栅长和结构的T型栅器件来研究凹栅槽结构抑制短沟道效应和提高频率特性的作用。随着栅长不断缩短,短沟道效应逐渐明显,栅长从300 nm缩短至100 nm时,亚阈值摆幅逐渐增大,栅对沟道载流子的控制变弱,且器件出现软夹断现象。凹栅槽结构可以降低器件的亚阈值摆幅,提高开关比,栅长100 nm常规结构器件的亚阈值摆幅为140 mV/dec,开关比为106,而凹栅槽结构器件的亚阈值摆幅下降为95 mV/dec,开关比增大为107,凹栅槽结构明显抑制了短沟道效应。在漏源电压为20 V时,100 nm栅长的凹栅槽结构器件的截止频率和最高振荡频率达到了65.9和191 GHz,同常规结构相比,分别提高了5.78%和4.49%。由于凹栅槽结构缩短了栅金属到二维电子气（2DEG）沟道的间距,增大了纵横比,所以能够改善器件的频率特性。

采用AlN绝缘栅的AlGaN/GaN凹栅槽结构MISHEMT器件

本文通过射频磁控反应溅射实现高质量的AlN绝缘栅层,采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀出凹栅槽结构,将MIS结构和凹栅槽结构的优点相结合,研制成功AlGaN/GaN凹栅槽结构MIS HEMT器件,在提高器件栅控能力的同时,降低栅极漏电,提高击穿电压。器件栅长0.8μm,栅宽60μm,测得栅压为+5V时最大饱和输出电流为832mA/mm,最大跨导达到210mS/mm,栅压为-15V时栅极反向漏电为6nA/mm。

AlGaN/GaN HEMT栅槽低损伤刻蚀技术

对AlGaN/GaNHEMT栅槽低损伤刻蚀技术进行研究,通过加入小流量的具有钝化缓冲作用的C2H4,对Cl2/Ar/C2H4的工艺条件进行了优化,有效地降低了栅槽刻蚀造成的AlGaN表面损伤和器件退化,同时防止反应生成物淀积在栅槽表面,改善了肖特基结特性,提高了栅极调控能力,实现凹栅槽的低损伤刻蚀。