HEMTS dari MOCVD AlSCN-Barrier

Penyelidik di Jerman dan Belanda telah menggunakan pemendapan wap kimia logam-organik (MOCVD) untuk mewujudkan aluminium scandium nitride (ALSCN) -barrier transistor-mobiliti tinggi-mobiliti (HEMTS) [Christian Manz et al, Semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Pasukan ini juga menggunakan bahan cap Silicon Nitride (SINX) sebagai alternatif kepada Gallium Nitride (GAN) yang lebih biasa, yang tidak pernah disiasat sebelum ini, menurut pengetahuan terbaik pasukan.

Kerja-kerja dengan ALSCN membina laporan sebelumnya mengenai pertumbuhan MOCVD dari pasukan di Institut Fraunhofer untuk Fizik Negeri Pepejal (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg, dan Universiti Freiburg di Jerman, dan Eurofins Sains Bahan Netherlands dan Eindhoven University dari Netherlands dan Eurofin Universiti Nethern Teknologi di Belanda, bersama-sama dengan Institut Fraunhofer Jerman untuk Mikrostruktur Bahan dan Sistem (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news ((3}) ].

Pengenalan scandium ke dalam halangan meningkatkan polarisasi caj spontan dan piezoelektrik (ketegangan), yang membolehkan sehingga 5x kepadatan pembawa caj lembaran dalam saluran gas elektron dua dimensi GAN (2Deg) di mana HEMTS didasarkan. HEMT GAN-saluran sedang dibangunkan dan digunakan untuk aplikasi kuasa tinggi, voltan tinggi dan frekuensi tinggi, dari kenderaan elektrik (EV) dan pengendalian tenaga tenaga boleh diperbaharui, kepada penghantaran kuasa komunikasi tanpa wayar mikro.

Walaupun HEMT telah direka sebelum dari bahan alscn epitaxy molekul (MBE), proses MOCVD lebih banyak digunakan untuk pengeluaran besar-besaran. Satu masalah dengan memperkenalkan scandium ke MOCVD ialah tekanan wap prekursor yang berpotensi adalah rendah. MOCVD dilakukan pada tekanan rendah (40-100 mbar) dengan hidrogen yang digunakan sebagai gas pembawa. Suhu pertumbuhan adalah dari 1000 darjah hingga 1200 darjah.

Sumber nitrogen adalah ammonia (NH3). Logam Kumpulan-III, Gallium dan Aluminium, berasal dari trimethyl- (TM-) Organik. Prekursor scandium adalah Tris-cyclopentadienyl-scandium (CP3SC). Silane (SIH4) membekalkan silikon untuk topi Sinx.

Rajah 1: Skim MOCVD untuk bahan penghalang ALSCN.

Pertumbuhan lapisan penghalang ALSCN yang digunakan secara berterusan dan metodologi berdenyut. Kaedah berdenyut terdiri daripada penggantian bekalan logam dengan 5S CP3SC dan 2S TM-Al.

Eksperimen menggunakan substrat nilam 100mm dan 4h silikon karbida (sic) untuk beberapa eksperimen, terutamanya pada peringkat fabrikasi transistor.

HEMTs terdiri daripada hubungan titanium/aluminium ohmic sumber-sumber dengan pengasingan peranti implan ion. Passivation Sinx membolehkan "penyebaran semasa yang rendah dan kestabilan terma", menurut penyelidik. Pintu itu direka untuk menjadi kapasitans yang rendah, untuk meningkatkan operasi berkelajuan tinggi.

Nitrida silikon digunakan untuk menutup lapisan penghalang AlSCN, untuk mengelakkan pengoksidaan lapisan yang mengandungi AL. Dalam transistor Algan topi GaN sering digunakan, tetapi dalam hal ALSCN topi tersebut telah didapati sukar untuk berkembang, mengakibatkan 'Kepulauan 3d', yang memberi kesan buruk keupayaannya untuk melindungi dan melewati Alscn. Gan topi di ALSCN didapati mempunyai kekasaran akar-rata-persegi 1.5nm untuk bahan yang ditanam pada 1 0 00 darjah, menurut pengukuran mikroskopi daya atom (AFM), berbanding dengan 0.2Nm untuk SINX.

Bahan yang digunakan untuk HEMTS (Rajah 1) yang terkandung sekitar 14% SC dalam lapisan penghalang AlSCN 9.5nm. Cap Sinx adalah 3.4nm. Suhu pertumbuhan adalah 1100 darjah, dengan pemendapan ALSCN menggunakan bekalan prekursor berterusan. Substrat adalah 4h sic. Perbandingan peranti penghalang 5.6nm Aln dengan 3nm Sinx Cap juga ditanam dan direka.

Jadual 1: Perbandingan sifat pengangkutan elektron AlSCN-Barrier dan Aln-Barrier HEMTS

HEMT dengan penghalang AlSCN mencapai prestasi (Rajah 2) setanding dengan peranti dengan penghalang Aln (Jadual 1). Para penyelidik menunjukkan bahawa prestasi ALSCN HEMT adalah di bawah jangkaan teoritis.

Rajah 2: Ciri-ciri pemindahan untuk alscn-barrier hemt dengan 0. 25μm panjang pintu. Bias longkang 7v.

Pasukan itu menyalahkan "interdiffusion berat atom logam al, ga dan sc dalam penampan dan penghalang," yang dikesan dan dicirikan menggunakan pengimbasan mikroskopi elektron penghantaran (STEM), spektroskopi sinar-X dispersif (EDX), dan tinggi- Analisis difraksi sinar-X resolusi (HR-XRD). Oleh itu, halangan -halangan itu masing -masing adalah Algascn dan Algan. Pengukuran menunjukkan bahawa penyebaran menghasilkan halangan Algan dengan sekitar 40% GA secara purata.

"Sumber utama bagi mobiliti yang lebih rendah dalam kedua -dua sampel kemungkinan besar kualiti antara muka yang lemah dan interdiffusion atom, menyebabkan penyebaran aloi, yang diketahui mempengaruhi pergerakan heterostructures HEMT," tulis penyelidik.

Walau bagaimanapun, pasukan melihat hasilnya sebagai "sangat menjanjikan" untuk aplikasi kuasa tinggi dan frekuensi tinggi, sambil menambah bahawa ALSCN HEMT "sudah unggul" kepada standard Algan HEMTS yang direka untuk aplikasi RF yang direka di dalam rumah.

Sumber Asal: http://www.semiconductor-today.com/news ((1 )items/2021/feb/fraunhofer ((3) }} item/2021/Feb/Fraunhofer -110221. Shtml