Hemts no ALSCN-Barrier MOCVD

Pētnieki Vācijā un Nīderlandē ir izmantojuši metāla-organisko ķīmisko tvaiku nogulsnēšanos (MOCVD), lai izveidotu alumīnija skandija nitrīda (ALSCN) -barjera augstas elektronu un mobilitātes tranzistorus (HEMTS) [Christian Manz et al, Semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Komanda izmantoja arī silīcija nitrīda (SINX) CAP materiālu kā alternatīvu parastajam gallija nitrīdam (GAN), kas nekad iepriekš nav izmeklēts, saskaņā ar labākajām komandas zināšanām.

Darbs ar ALSCN balstās uz iepriekšējiem ziņojumiem par MOCVD izaugsmi no komandas Fraunhofer lietišķās valsts fizikas institūta (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg un Freiburg University Vācijā, kā Tehnoloģija Nīderlandē, kā arī Vācijas Fraunhofer materiālu un sistēmu mikrostruktūras institūts (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news {{3 ^ ^ ].

Skandija ieviešana barjerā palielina spontānu un pjezoelektrisko (no celma atkarīgo) lādiņa polarizāciju, kas ļauj līdz 5x līdz 5x loksnes nesēja blīvumu GaN divdimensiju elektronu gāzes (2DEG) kanālā, uz kura balstās Hemts. Gan-kanālu hemts tiek izstrādāti un izvietoti lieljaudas, augstsprieguma un augstsfrekvences lietojumiem, sākot no elektriskā transportlīdzekļa (EV) un atjaunojamās enerģijas enerģijas apstrādes līdz mikroviļņu bezvadu sakaru pārraidei.

Lai arī HEMTS ir izgatavots no molekulārā staru epitaksijas (MBE) pieaugošā ALSCN materiāla, MOCVD procesi ir plašāk piemērojami masveida ražošanai. Viena problēma ar skandija ieviešanu MOCVD ir tā, ka potenciālo prekursoru tvaika spiediens ir zems. MOCVD tika veikts ar zemu spiedienu (40-100 mbar) ar ūdeņradi, ko izmanto kā nesējgāzi. Augšanas temperatūra svārstījās no 1000 grādiem līdz 1200 grādiem.

Slāpekļa avots bija amonjaks (NH3). III grupas metāli-gallijs un alumīnijs-nāca no trimetil- (TM-) organiskiem līdzekļiem. Skandija prekursors bija Tris-ciklopentadienil-skandijs (CP3SC). Silāns (SIH4) piegādāja silīciju par sinx vāciņu.

1. attēls: MOCVD shēma ALSCN barjeras materiālam.

ALSCN barjeras slāņa augšana izmantoja dažādas nepārtrauktas un pulsētas metodoloģijas. Pulsētā metode sastāvēja no metāla piederumu maiņas ar 5S CP3SC un 2S TM-Al.

Eksperimentos dažiem eksperimentiem tika izmantoti 100 mm safīra substrāti un 4 stundu silīcija karbīds (SIC), īpaši tranzistora izgatavošanas posmā.

HEMT sastāvēja no titāna/alumīnija omisko avotu-drūzmas kontaktu ar jonu implantācijas ierīces izolāciju. Pēc pētnieku domām, Sinx pasivācija ļāva "zemas strāvas izkliede un termiskā stabilitāte". Vārti tika veidoti tā, lai būtu zema kapacitāte, lai uzlabotu ātrgaitas darbību.

Silīcija nitrīds tika izmantots ALSCN barjeras slānim, lai izvairītos no Al saturošā slāņa oksidēšanas. Algana tranzistoros bieži tiek izmantots GaN vāciņš, bet ALSCN gadījumā ir atzīts, ka šādus vāciņus ir grūti audzēt, kā rezultātā rodas “3D salas”, kas nelabvēlīgi ietekmē tā spēju aizsargāt un pasivēt ALSCN. Tika konstatēts, ka GaN Caps uz ALSCN ir 1,5 nm saknes vidējā kvadrāta raupjums materiālam, kas audzēts 1 0 00 grādos, saskaņā ar atomu spēka mikroskopijas (AFM) mērījumiem, salīdzinot ar 0,2 nm SINX.

Hemts izmantotais materiāls (1. attēls) bija aptuveni 14% SC 9,5 nm ALSCN barjeras slānī. Sinx vāciņš bija 3,4 nm. Augšanas temperatūra bija 1100 grādu, ar ALSCN nogulsnēšanos, izmantojot nepārtrauktu prekursoru piegādi. Substrāts bija 4H sic. Tika audzēta un izgatavota arī salīdzinājums ar 5 nm sinx vāciņu 5 nm sinx vāciņu.

1. tabula: ALSCN-Barrier un Aln-Barrier Hemts elektronu transporta īpašību salīdzinājums

HEMT ar ALSCN barjeru sasniedza veiktspēju (2. attēls), kas ir salīdzināms ar ierīces ar ALN barjeru (1. tabula). Pētnieki norāda, ka ALSCN HEMT veiktspēja ir zemāk par teorētiskajām cerībām.

2. attēls: ALSCN-Barrier Hemt pārneses raksturlielumi ar 0. 25μm vārtu garumu. Notekas novirze 7V.

The team blames "heavy interdiffusion of the metal atoms Al, Ga and Sc in the buffer and barrier," which was detected and characterized using scanning transmission electron microscopy (STEM), energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDX), and high- izšķirtspējas rentgena difrakcijas analīze (HR-XRD). Tāpēc barjeras bija attiecīgi Algascn un Algan. Mērījumi liecina, ka difūzijas rezultātā vidēji bija algana barjera ar aptuveni 40% GA.

"Primārais avots zemākajai mobilitātei abos paraugos, visticamāk, ir slikta interfeisa kvalitāte un atomu interdifūzija, izraisot sakausējuma izkliedei, kas, kā zināms, ietekmē HEMT heterostruktūru mobilitāti," raksta pētnieki.

Pat ja tā, komanda rezultātus uzskata par “ļoti daudzsološiem” lieljaudas un augstas frekvences lietojumprogrammām, piebilstot, ka ALSCN Hemt ir “jau labāks” pret standarta Algan Hemts, kas paredzēts RF lietojumiem, kas izgatavoti iekšēji.

Sākotnējais avots: http://www.semiconductor-today.com/news {{ }} vienumi/2021/februāris/fraunhofer -110221. shtml