基于变温I-V法Ni%2fAu-AlGaN肖特基接触失效机理研究.pdfVIP

2011年11月 第十七届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 中国三亚 失效机理研究 常正阳，杜江锋，赵子奇，武剑，余哲，袁靖茹，于奇 (电子科技大学微电子与固体电子学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都610054) 摘要：采用I-V法研究了A1GaN／GaNHEMT在300K--475K温度范围内，Ni／Au栅极肖特基接 触的正向电流输运特性及失效机理。基于对热电子发射、产生复合、电子遂穿以及表面漏电现象 四种电流输运机制的分析，利用分离电流分量法，确定这四种电流分量在肖特基栅正向电流中各 自所占的比例。研究发现，遂穿电流在栅肖特基接触正向电流中起主导作用，同时基于遂穿位错 模型，提取到器件位错密度为1．88x107cm2．高密度位错会导致肖特基势垒高度减小、泄漏电流 增大，引起器件失效。 关键字：AIGaN／GaNHEMT；肖特基栅；遂穿；位错 1 引言 AIGaN／GaN electric HEMT(highmobility 用于高温、高压以及高频大功率等领域【I】。而栅极肖特基接触的质量对栅极泄露电流、器件击穿电压和频 率性能等均有很大的影响【2】。表征AIGaN／GaNHEMT肖特基栅极的主要电学参数，如势垒高度、串联电阻 等受温度影响较大，特别是在高温下，肖特基势垒接触的电学特性易发生严重退化【3】。目前对Ni／Au．AIGaN 肖特基接触输运机制仍存在争议，常用I-V法、C-V法和光电法分析肖特基特性，其中I-V法较快捷精确， 应用广泛。许多基于I-V法的分析认为AIGaN／GaNHEMT肖特基正向电流以热发射为主，提取到的势垒高 度随温度的上升而明显增大，且泄露电流随温度升高也增加，这些研究结果本身就相互矛盾【4】。由于GaN 位错为电子提供通路，严重影响器件可靠性【6】。若GaN缓冲层存在高密度位错，电子易通过这些位错进行 HEMT肖特基栅正偏时起主导作用。 K--475 本文通过测量300 K温度范围内A1GaN／GaNHEMT上的Ni／Au栅极肖特基接触正向I-V特性， 分析了热电子发射、电子遂穿、产生复合以及表面漏电现象对肖特基正向电流的影响，应用分离电流分量 的方法确定各电流分量，研究了肖特基接触正向电流输运机制，并基于遂穿位错模型的分析，得到器件的 位错密度大小，并分析肖特基接触失效原因。 2实验与测试 实验所用的AIGaN／QIN nm、AI组分为30％的舢GaN 11111厚的AIN成核层，再用生长3um厚的GaN缓冲层，最后生长厚度为25 nm／220nm／40nm／50 min。 势垒层。源漏欧姆接触采用Ti／AI／Ni／Au(15 n叫四层金属，并在900℃下退火l nm／150 肖特基接触采用Ni／Au(20nm)，其接触面积为12360．m2。实验测试器件如图l所示。 环境温度的影响，加热装置和器件测试设备在一个封闭的暗场中进行。应用ESPEC温控设备控制探针台 温度从300K到475K变化，并间隔25 I-V特性测试结果如图2所示。可以看出，Ni／Au-AIGaN肖特基接触电流随温度升高而增大，由300K时的 V lO。7量级增大至lo．2量级，在测试电压范围内，不I司温度点下I-V曲线呈平行状。正向电流在0．1 v公l ．354． 常fm等：*十变Ⅺ^r法的NffAu-AIGaN自特基接触失教目L目咒 范围内与补加偏压成指数关系，专％lV后，由于肖特基接触串联电阻的原吲，l-v㈥． 目i实验用AIGaN／GaNHEMTg件月片酗2 A