Al2O3介质层厚度对AlGaN/GaN金属氧化物半导体-高电子迁移率晶体管性能的影响

在蓝宝石衬底上采用原子层淀积法制作了三种不同Al2O3介质层厚度的绝缘栅高电子迁移率晶体管.通过对三种器件的栅电容、栅泄漏电流、输出和转移特性的测试表明:随着Al2O3介质层厚度的增加,器件的栅控能力逐渐减弱,但是其栅泄漏电流明显降低,击穿电压相应提高.通过分析认为薄的绝缘层能够提供大的栅电容,因此其阈值电压较小,但是绝缘性能较差,并不能很好地抑制栅电流的泄漏;其次随着介质厚度的增加,可以对栅极施加更高的正偏压,因此获得了更高的最大饱和电流.另外,对三种器件的C-V与跨导特性的深入分析证明了较厚的Al2O3层拥有更好的介质质量与钝化效果.

超高速化合物半导体器件（2）Ⅲ—Ⅴ族化合物异质双极晶体管

以高电子迁移率晶体管、异质结双极晶体管和微波／毫米波集成电路为例，介绍化合物半导体器件的特点、封装、测试及其应用。

高阈值电压低界面态增强型Al_2O_3/GaN MIS-HEMT

采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺并结合高温氮气氛围退火技术,制备出了高阈值电压的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMT)。采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺刻蚀AlGaN层,并在AlGaN/GaN界面处自动终止刻蚀,可有效控制刻蚀的精度并降低栅槽表面的粗糙度。同时,利用高温氮气退火技术能够修复Al_2O_3/GaN界面的界面陷阱,并降低Al_2O_3栅介质体缺陷,因此能够减少Al_2O_3/GaN界面的界面态密度并提升栅极击穿电压。采用这两项技术制备的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN MIS-HEMT具有较低的栅槽表面平均粗糙度(0.24 nm)、较高的阈值电压(4.9 V)和栅极击穿电压(14.5 V)以及较低的界面态密度(8.49×10^(11) cm^(-2))。

栅极面积和ESD结构对AlGaN/GaN MIS-HEMTs中LPCVD-SiNx栅介质TDDB特性的影响

基于CMOS兼容性GaN工艺,研制出具有低压化学气相沉积SiNx栅介质的硅基AlGaN/GaN异质结金属-绝缘层-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs)器件。通过威布尔统计分析,研究了栅介质面积和静电释放(ESD)结构对SiNx的经时击穿(TDDB)特性的影响。结果表明,较小的栅介质面积有利于更长的器件寿命,而ESD保护结构有利于提升器件栅介质在高电压应力下的可靠性和稳定性,主要原因为SBD的寄生电容可有效吸收电脉冲感应在介质薄膜中产生的电荷。最后,通过线性E模型预测具有35 nm厚LPCVD-SiNx栅介质的AlGaN/GaN MIS-HEMTs在栅极电压为13 V条件下的击穿寿命可达20年(0.01%,T=25℃)。

HfO_2/TaON叠层栅介质Ge pMOSFET制备及迁移率退化研究

为提高high-k/Ge界面质量,在high-k介质和Ge表面引入薄的TaON界面层。相对于没有界面层的样品,HfO2/TaON叠层栅介质Ge pMOSFET样品的空穴迁移率有显著提高,但仍小于理论预测值。利用high-k栅介质MOSFET中各种新的附加散射机制,分析了迁移率退化的原因,模型计算结果与实验结果一致。

HfO_2/TaON叠层栅介质Ge MOS器件制备及电性能研究

为提高高k/Ge MOS器件的界面质量,减小等效氧化物厚度(EOT),在high-k介质和Ge表面引入薄的TaON界面层。相对于没有界面层的样品,HfO2/TaON叠层栅介质MOSFET表现出低的界面态密度、低的栅极漏电和较好的输出特性。因此利用TaON作为Ge MOS器件的界面钝化层对于获得小的等效氧化物厚度和高的高k/Ge界面质量有着重要的意义。

磁控溅射AlN介质MIS栅结构的AlGaN/GaN HEMT

报道了一种X波段输出功率密度达10.4W/mm的SiC衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT。器件研制中采用了MIS结构、凹槽栅以及场板,其中MIS结构中采用了磁控溅射的AlN介质作为绝缘层。采用MIS结构后,器件击穿电压由80V提高到了180V以上,保证了器件能够实现更高的工作电压。在8GHz、55V的工作电压下,研制的1mm栅宽AlGaN/GaN MIS-HEMT输出功率达到了10.4W,此时器件的功率增益和功率附加效率分别达到了6.56dB和39.2%。

复合栅介质对AlGaN/GaN MISHEMT器件性能的影响

由于LPCVD-Si3N4具有良好的介电特性,常用作AlGaN/GaN高电子迁移率场效应晶体管（HEMT）的栅介质,然而在高温生长中,易造成GaN界面Ga和N的扩散。针对此问题,提出了一种采用SiON/Si3N4复合绝缘材料作为HEMT器件栅介质的方法,制备了高质量的AlGaN/GaN金属-绝缘层-半导体高电子迁移率晶体管（MISHEMT）器件,并进行了直流测试。测试结果表明,在栅压为18 V时,器件的阈值回滞仅为150 mV,其特征导通电阻为1. 74 mΩ·cm^2（Vgs=2 V）,其击穿电压达到805 V （Ids=100μA/mm）。多频率C-V测试显示,界面态密度可低至2. 9×10^13eV^-1·cm^-2。因此,这种采用SiON/Si3N4复合绝缘材料作为栅介质的方法,在改善器件的阈值回滞、击穿电压和界面态密度等方面效果显著。