Hemts від Alscn-Barrier Mocvd

Дослідники Німеччини та Нідерландів використовували металево-органічне хімічне осадження пари (MOCVD) для створення алюмінієвого нітриду нітриду (ALSCN) -Бар'єр'єр'єр-мобільних транзисторів (HEMTS) [Christian Manz et al, напівподне. Наук. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Команда також використовувала матеріал для кремнію нітриду (SINX) як альтернативу більш звичному нітриду галію (GAN), який ніколи раніше не досліджувався, згідно з найкращими знаннями команди.

Робота з ALSCN базується на попередніх звітах про зростання MOCVD від команди Інституту прикладних твердих людей Фраунхофер (IAF), Інатх-Альберт-Лудвігс Університет Фрайбург та Університет Фрайбурга в Німеччині та Єврофінс Матеріал Нідерланди та Ейндховенського університету Технологія в Нідерландах, а також Німеччина Інститут фраунгофера з мікроструктури матеріалів та систем (IMWS) [www.semyconductor-today.com/news ін. ].

Введення скандію в бар'єр збільшує спонтанну та п'єзоелектричну (залежну від штаму) поляризацію заряду, що дозволяє до 5 разів щільність носія листа в двовимірному каналі електронів (2DEG), на якому базуються HEMTS. Ган-канальні HEMTS розробляються та розгортаються для високопостійних, високостільних та високочастотних застосувань, починаючи від електромобілі (EV) та обробки енергії відновлюваної енергії, до мікрохвильової бездротової комунікаційної передачі.

Незважаючи на те, що HEMTS виготовляли раніше з молекулярного променя епітаксиї (MBE) -ротого матеріалу ALSCN, процеси MOCVD більш широко застосовуються для масового виробництва. Однією з проблем введення скандію в MOCVD є те, що тиск пари потенційних попередників низький. MOCVD проводили при низькому тиску (40-100 mbar) з воднем, що використовується як газ -носій. Температура росту становила від 1000 градусів до 1200 градусів.

Джерелом азоту був аміак (NH3). Метали групи-III, галій та алюміній, походили з триметил- (TM-) органіки. Попередником сканду був трис-циклопентадіеніл-скандій (CP3SC). Силан (SIH4) постачав кремній для шапки Sinx.

Малюнок 1: Схема MOCVD для бар'єрного матеріалу ALSCN.

Зростання бар'єрного шару ALSCN використовувався по -різному безперервному та імпульсному методології. Імпульсний метод складався з чергування металевих запасів з 5S CP3SC та 2S TM-AL.

Експерименти використовували 100 -мм сапфірові субстрати та карбід 4H кремнію (SIC) для деяких експериментів, особливо на стадії виготовлення транзистора.

Хемт складався з титанового/алюмінієвого омічного контакту джерела-навантаження з ізоляцією іон-імплантаційних пристроїв. За словами дослідників, пасивація SINX дозволила "низька струмна дисперсія та теплову стабільність". Ворота були розроблені для низької ємності, щоб покращити швидкісну роботу.

Нітрид кремнію використовувався для обмеження бар'єрного шару ALSCN, щоб уникнути окислення шару, що містить AL. У транзисторів Альгана часто використовується шапка GAN, але у випадку з ALSCN такі шапки виявились важко рости, що призводить до "3D -островів", що негативно впливає на його здатність захищати та пасутивувати ALSCN. Було виявлено, що шапки GAN на ALSCN мають середньо-квадратну шорсткість 1,5 нм для матеріалу, вирощеного при 1 0 00 градусах, згідно з вимірюваннями атомної сили (AFM), порівняно з 0,2 нм для SINX.

Матеріал, що використовується для HEMTS (мал. 1), містив близько 14% SC в 9,5 нм бар'єрному шарі ALSCN. Синкс -шапка становила 3,4 нм. Температура росту становила 1100 градусів, при цьому осадження ALSCN використовує постійне постачання попередників. Субстрат був 4H SIC. Порівняння 5,6 нм пристрій ALN Barrier з 3 -нм Sinx Cap також вирощували та виготовляли.

Таблиця 1: Порівняння властивостей електронного транспорту Alscn-Barrier та Aln-Barrier Hemts

Хемт з ALSCN бар'єр досяг продуктивності (мал. 2), порівнянна з пристроєм з Aln Barrier (табл. 1). Дослідники зазначають, що продуктивність ALSCN HEMT нижче теоретичних очікувань.

Малюнок 2: Характеристики передачі для alscn-barrier Hemt з 0. 25 мкм довжиною воріт. Злив зміщення 7v.

Команда звинувачує "сильну міждифузію металевих атомів Al, GA та SC у буфері та бар'єрі", яка була виявлена ​​та характеризована за допомогою скануючої електронічної мікроскопії (STEM), енергодисперсної рентгенівської спектроскопії (EDX) та високою Роздільна здатність рентгенівський дифракційний аналіз (HR-XRD). Тому бар'єри були відповідно Algascn та Algan. Вимірювання свідчать про те, що дифузія призвела до бар'єру Algan з приблизно 40% GA в середньому.

"Основним джерелом нижчої рухливості в обох зразках, швидше за все, погана якість інтерфейсу та міждифузію атомів, що спричиняє розсіювання сплавів, яке, як відомо, впливає на рухливість гетероструктур HEMT", - пишуть дослідники.

Незважаючи на це, команда розглядає результати як "дуже перспективні" для високопотужних та високочастотних застосувань, додавши, що ALSCN HEMT "вже перевершує" стандартний Algan Hemts, призначений для RF-застосувань, виготовлених у власних місцях.

Оригінальне джерело: http://www.semyconductor-today.com/news інс }} елементи/2021/feb/fraunhofer -110221. shtml