GaN基场效应晶体管的器件隔离技术研究-微电子学与固体电子学业毕业论文.docx

GaN基场效应晶体管的器件隔离技术研究MOSFET隔离区域的高电阻为目标，尝试了BCl3气源刻蚀台面结构、Ni金属扩散及逆 GaN基场效应晶体管的器件隔离技术研究 MOSFET隔离区域的高电阻为目标，尝试了BCl3气源刻蚀台面结构、Ni金属扩散及逆 溅射处理等工艺。在隔离区域制作的特殊环形MOSFET的■y特性表明，BCl3刻蚀台 面隔离无法消除寄生MOS沟道，Ni金属扩散隔离能够消除寄生MOS沟道但也会降低 输出电流和迁移率，而逆溅射处理的台面区域电阻相对最高，但仍然无法完全消除寄生 MOS沟道。以上这些探索研究为隔离工艺改进提供了方向和基础。 (3)A1GaN／GaN HFET的02等离子体处理工艺的隔离效果及氧化机理研究。针对 A1GaN／GaN HFET，开发了02等离子体处理台面隔离区域的工艺，利用TLM结构的卢 vN试确立了最合适的处理条件，利用光致发光(PL)光谱和X射线光电子能谱(XPS) 测试分析了该工艺对台面刻蚀表面的氧化效果和机理，制作并评价了采用该隔离工艺的 A1GaN／GaNHFET。TLM结构的仁y测试表明，隔离电流的降低主要依赖于处理温度和 刻蚀损伤的深度，300 oC处理为最适合的条件，能够使隔离电流减小四个数量级至10_11 A，有效地抑制光响应且增大隔离区域的击穿电压。PL光谱分析表明，黄光带相关缺陷 的密度明显降低，但也生成了蓝光带相关的氧替代氮位(ON)缺陷；XPS分析表明，02 等离子体处理比on气体处理生成更多的Ga203。A1GaN／GaNHFET的上y特性表明，采 用该隔离工艺的器件导通／关断电流比高达1．73×107。该研究解决了A1GaN／GaN HFET 的台面隔离效果差的问题，揭示了该工艺会引入ON缺陷，为进一步探索更有效的GaN 刻蚀损伤消除工艺奠定基础。 (4)GaN MOSFET的B离子注入的隔离效果及工艺改进的研究。针对GaN MOSFET， 开发了B离子注入场隔离工艺，结合台面刻蚀工艺制作了不同隔离结构，利用隔离区域 制作的特殊MOSFET的仁y特性确认了该工艺消除寄生MOS沟道的结果，利用环形及 矩形器件的卢y特性对比评价了该工艺的场隔离效果，并评价了不同隔离结构对器件性 能的影响。通过工艺改进，将B离子注入调整到高温欧姆退火和栅氧热处理工艺之后， 获得了高电阻的注入区域。卢y特性表明，在隔离区域制作的环形MOSFET表现出极低 的漏极电流约6．5×10叫2 A，说明该工艺能够消除隔离区的寄生MOS沟道。环形和矩形 器件的卢y特性对比说明，该工艺能够将矩形器件的关断电流从台面隔离的3．2×10-9 A 降低到5．5×10-11 A，这一值仅比环形器件的6．6×10-12 A高一个数量级，实现了MOSFET 的场隔离。低场迁移率计算结果表明，B离子注入不会使迁移率退化。同时具有台面和 注入隔离结构的矩形器件，与只有注入隔离结构的器件相比，其亚阈值摆幅相对较低。 该研究解决了矩形GaN MOSFET场隔离无效的问题，指出了有利于减小亚阈值摆幅的 隔离结构，为进一步改善GaN MOSFET性能奠定基础。 关键词：氮化镓；A1GaN／GaN HFET；GaN MOSFET；器件隔离；场隔离 万方数据 大连理工大学博士学位论文ABSTRACT 大连理工大学博士学位论文 ABSTRACT Gallium nitride(GaN)semiconductor has the great advantage in the application of high- temperature and high-frequency power electronic devices owing to its unique properties，such as wide band—gap，high electron saturation velocity，high breakdown field and high electron conductivity of the two．dimensional electron gas(2DEG)in AlGaN／GaN heterostructure． AlGaN／GaN heterojunction field．effect transistor(HFET) and GaN metal．oxide． semiconductor field．effect transistor(MOSFET)are the classic devices of GaN．based field． effect transistors(FETs)，which can be applied to microwave amplifying devices for