抽象性

本项研究检验二氧化物2O级3AlGaN/GaN高电子运动晶体管高电常数处理2S级5/(NH)4)2 +紫外线光照电子波束蒸发2O级3隔热器取代传统等离子辅助化学蒸发沉降法(PECVD),以防止等离子体对AlGaN造成损害在这项工作中,HEMTs使用P预处理2S级5/(NH)4)2 V解析法和UV透析器前2O级3)存放稳定带加树类很容易获取,表氧原子减少P2S级5/(NH)4)2 预处理中发现最小泄漏流低闪动和低表面粗糙度(0.38纳米)使用新手法获取,显示它能降低表面状态低门泄漏流2O级3并高kAlGaN/GaNMIS-HEMTs2S级5/(NH)4)2 +紫外线光处理适合低噪声应用,因为电子波束蒸发绝热器和新化学预处理

开工导 言

因为他们固有高分解电压 高二维电子气(2-DEG)集中度和高饱和速度一号,2AlGaN/GaN高电子运动晶体管适合高功率低噪应用限制GANHEMT无线电频率性能和可靠性的主要因素是高门泄漏流和排水流崩溃,后者与原生氧化物驱动表态相关3,4..AlGaN/GaN元半导体HEMTs2[5si3N级4[6....2O级3[7...2O级3[8和Sc2O级3[九九...............相关作品聚焦构建高k解析器减少高输入信号回转流并改进通道调制然而,对 AlGaN与解析器接口的处理尚未系统化研究消毒层沉积前预处理源间、排水管间和门端受表面陷阱效果支配,引起闪动噪声和当前崩溃问题例举NH4)2 已知硫化物处理消除原生Ga2O级3A类2O级3GAS和InP相关半导体相交联结,因为在沉浸期间形成稳定GAS和AS联结10,11..工作P2S级5/(NH)4)2 +UV处理抑制表层陷阱并提高P效率2S级5/(NH)4)2 处理方式由紫外线机房和高频机房执行k 纹理2O级3门反射层使用电子波束蒸发有效防止等离子生成表态对比从脉冲测定的闪动噪声一-V级浦尔市2O级3AlGaN/GaNMIS-HEMT传统GaNHEMT显示表层陷阱受P显著抑制2S级5/(NH)4)2 +V处理上头观测低表面泄漏流还改善MIS-HEMT的DC-RF分布X射线光电分光镜测量和二级离子质谱学用于研究GA-S能量联结和氧和硫原子深度分布2S级5/(NH)4)2 +V处理

二叉设备结构整理

AlGaN/GaNHEMT本项研究使用电压金属有机化学沉降物2英寸蓝宝石4000nm-thick解析GAN优先开发成缓冲层和通道层接下35nm-thick解密0.25加市0.75N层生长为Schottky层设计结构表充密度1.65x1013m2级大厅可移动性1060cm2/Vs300k图一号显示横截面2O级3AlGaN/GaNMIS-HEMTP2S级5/(NH)4)2 +V界面预处理制作设备期间,活动区受光阻保护,Mesa隔离区使用BCL清除3+CL2反应离子刻录室混合气等离子i/Al/Ni/Au的Ohmic触点(25nm/125nm/100m)金属层使用电子波束蒸发并用传统光平照相法和升降法编程,随后850°CRTA反射2环境之前的沉降高k纹理2O级3解析器和消能层样本浸入标准处理程序(diluteHCl)4)2 P级2S级5/(NH)4)2 15分钟图2显示pH值2S级5/(NH)4)2 解决方案对P2S级5权重pH饱和式4)2 解决方案11.2和pH混合P2S级5/(NH)4)2 解决方案调整为7值,增加10gP2S级530毫升4)2 饱和解法虽然NH4)2 有效处理消除原生ALGAN表层氧化层,无法防止碱性造成的表面粗度增加4)2 解决之道15分钟预处理沉浸后 AlGaN表面粗糙度为0.24纳米标准处理和0.51纳米0.54纳米NH4)2 P级2S级5/(NH)4)2 解决之道因此P2S级5/(NH)4)2 MIS-HEMT接口预处理法先前由作者进行的一项研究显示,AlGaN表面原生氧化物诱导拉链数的减少在室温下难以消除,通过将溶液温度提高至60摄氏度实现,但这一增加使过程更加复杂和耗时研究期间使用紫外线光2S级5/(NH)4)2 预处理沉浸,以快速消除悬浮联结并组成带高装合能Ga-S联结接口处理后,10nm-thick层首次蒸发,使用最优氧流速15sccm在这一阶段,机房压力增加至约104级托尔时室压力降为 Torr传统Ti/Au(30nm/150nm)门金属沉积对比之下,传统Ni/AuSchottky门GANHEMT也是编造的归根结底,Ti/Au金属沉积成互连探针板和200nmthicksi2层沉入静态设备完整过程还用于编译传统Ni/AuSchottky门GANHEMT比较


图1
剖面结构2S级5/(NH)4)2 +UV预处理pr2O级3密西西比州

图2
pH值2S级5/(NH)4)2 解决方案对P2S级5权重

大规模优化二氧化物高流率k层中也考虑过电子波束蒸发高k纹理2O级3薄膜通过调整机房氧流速优化图3显示sprEDX测量2O级3电子波束蒸发机使用各种氧流速率稀土金属原子富集氧化物层分析显示,二氧化物层沉积最优流速为15标准立方厘米/分钟k氧化层隔热器的热稳定性在高功率GANMIS-HEMT中也起着重要作用,因为dc电量主要在门接通点附近消散,引起本地Joule自热10..通道温度在高输出功率操作中可达100摄氏度,结果提高退化率和故障率并减少输出功率评估Pr热稳定性2O级3X射线光电光谱学用于测量spr绑定能量2O级3薄膜后400摄氏度,600摄氏度和800摄氏度图4(a)显示 XPS3d级核心级普尔2O级3各种温度下Ar-gun为3KEV,操作流为1mA,分析区为分析区 毫米2.可以看到Pr绑定能量2O级3400摄氏度后600摄氏度后加800摄氏度后加法接近标准值934eVd级核心级记录入 XPS手册图4(a)并显示高信号强度pr2O级3.高品质高热稳定高k透射电波蒸发Pr高氧流率获取解析器高分辨率剖面电子显微镜证明Pr2O级3GAN平面生长图4(b).普尔2O级3等值氧化物厚度由TEM测量为20纳米A类2O级3Pr2O级3复合膜介于GAN和Pr界面2O级3层由本地GaN表层氧化物层和素生成


图3
EDX分析pr2O级3带各种氧流率的电影
(a)
(a)
(b)
(b)
图4
3d级核心XPSspro2O级3相对温度TEM剖面相片pr2O级3MISHEMT

3级实验结果设备

原子力显微镜或扫描力显微镜高分辨率显示纳米分数分数分辨率比光分解限值高1000倍也是纳米尺度上最常用成像、测量和操纵物工具之一信息收集方式是用机械探针对面进行感知Piezo电元件便于微小但精确移动命令11..图5(a)图解5(b)显示 AlGaN/GaN表面2D3D图像并使用不同的处理方法使用Park系统XE-70测量P级2S级5/(NH)4)2 +经UV处理的表层显示优于其他推理处理并形成AlGaNSchottky层和pr2O级3高-k门透析层

(a)
(a)
(b)
(b)
图5
二维图像 AlGaN/GaN表面粗糙度用不同处理法评价3D图像 AlGaN/GaN表面粗糙度

表2一号显示运动表充电密度和表面粗糙度等各种处理设备,特征为Hall测量值300KP级2S级5/(NH)4)2 +经UV处理的设备表充密度为1.403x1013m2级大厅运动1150cm2/Vs300K以上值分别为1.648x1013m2级1060cm2/V-s and 1.512 × 10131087cm2/Vs标准处理4)2 +UV处理设备这些结果清楚地表明P2S级5/(NH)4)2 +紫外线处理通过减少表面陷阱数提高通道运动性

表1
大厅测量和表面粗糙结果 各种处理设备

合成半导体子片面使用紫外线光处理热,以加强表面响应12..图中光照度量6应用到 AlGaN/GaN完整结构2S级5/(NH)4)2 +紫外线处理法 AlGaN Schottky层的PL强度均大于P2S级5/(NH)4)2 处理或标准处理PL强度提高是由于消除表态,产生 AlGaN表面非辐射再组合中心13..无可见AL0.25加市0.75N信号清晰可见,因为激光使用He-Cd激光和PL信号强度0.25加市0.75N比GAN小得多因为GaN上只有35nm AlGaN开发后PL评价结构0.25加市0.75N信号在PL测量中不显眼虽然P2S级5/(NH)4)2 处理可抑制表态密度,PL结果即集中式P即证明2S级5/(NH)4)2 UV光化处理产生稳定的磷氧化层和更多GA-S联结,因为磷和硫富集度较高14..


图6
PL测量结果 AlGaN/GaN全结构标准2S级5/(NH)4)2S级X级P级2S级5/(NH)4)2S级X级+V处理

图7显示 并 XPS各种处理设备频谱硫二公元前核心级和纯硫绑定能量全部为163.8eV装能160eV信号峰值 标准处理GaN样本与P信号峰值2S级5/(NH)4)2 处理设备切换到160.3eV,因为 AlGaN表面含有Ga-S保证值(Ga-S=163.2eV)然而P2S级5/(NH)4)2 +V处理将频谱信号峰值移到160.4eV,强度线性分布从160eV向161eV上头 峰值转换为P后高绑定能2S级5/(NH)4)2 +V处理这种现象与Ga自定义状态相关15..更多Ga-S债券由P生成2S级5/(NH)4)2 +UV处理比P处理2S级5/(NH)4)2 高能债券比潮湿环境中形成的Ga-O债券稳定

(a)
(a)
(b)
(b)
图7
XPS频谱 a)和 和核心层次各种处理样本

为了调查 AlGaN表层经各种硫化物处理后的物质原子组成,样本接受二次离子质谱分析图8显示使用上述三种方法处理样本的硫和氧原子富集剖面基于图中显示的测量结果8(a)s原子集中2S级5/(NH)4)2 P级2S级5/(NH)4)2 +经UV处理样本在AlGaN表面相对高位,通道内下降二到三级级标准处理后很少见S原子s原子从硫化物溶液中生成并嵌入样本表面,这与沉浸CF效果相似4等离子体中允许GANHEMT以增强模式操作16..实验确定氧气浓度分布图8(b)显示结果最小曲线图显示P2S级5/(NH)4)2 +UV处理清除大数ALGAN/GAN原生氧化物并比其他处理法更有效地减少氧原子数,因为UV光照为硫原子提供足够能量以替代GAO联结并形成稳定的GA-S联结因此P2S级5/(NH)4)2 +紫外线处理不仅产生滑动Schottky界面,减少门泄漏流,还更有效地减少氧原子数两种效果都降低了表态密度

(a)
(a)
(b)
(b)
图8
SIMS测量S原子(a)和O原子(b)分布式对 AlGaN/GaN各种处理样本

图九九绘制门对排I-Vgan标准HEMT曲线2O级3MIS-HEMT和P2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MISHEMT减少表面状态和流出流2S级5/(NH)4)2 +V处理MIS-HEMT高 值比其他值大改善 值1.71V2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3Gate设备显著减少高泵门电流泄漏,提高线性并减少设备信号扩散逆向上下排分解电压 外溢流-1-mA/mm-电压2S级5/(NH)4)2 +经UV处理的样本允许高排水电操作,Pr仅有-128.2V和-107.5V2O级3MIS-HEMT样本和标准处理样本


图9
设备门对排I-V标准HEMT特征普尔2O级3MSFET和P2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3密西西比州

研究dc特征,排水源流 )对排水源电压 三位设备曲线显示图10.排水流对处理设备没有显著变化开关阻抗 3 958xxHEMT标准处理 0V和4.2102O级3MIS-HEMTs和P2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MIS-HEMTs主要是因为硫化物解法只影响表面状态,而不是固有参数然而,既然门道界面内陷阱受P抑制2S级5/(NH)4)2 +紫外线处理方法样本输出抗药性最高,结果增加设备线性并增电截取频率 )输出传导 P级2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MIS-HEMTs为0.46mS/mm对应值pr2O级3MIS-HEMTs和标准设备分别为0.6mS/mm和1mS/mm


图10
上头 - 各种设备特征

图11晶体管转导图 )和 三位设备曲线a 8V最大排水源流 上) 923m/mm,864m/mm和920mA/mm标准HEMTs2O级3MIS-HEMTs和P2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MIS-HEMTs最大转导值 )偏向 公元144ms/mm,121ms/mm和132ms/mm所有这些值都合理有利标准HEMT显示高峰 ,因为高k解析器插入MIS-HEMT结构门对道改进通道调制并有效调制金属门和通道间耗竭区的任何增量显性高位kGANMIS-HEMT显示大摇电流和低门泄漏流


图11
上头 - 各种设备特征

测空微波S参数 华府m2设备使用Agilent E8364CPNA网络分析器以公共源配置实现,从0.1GHz到20.1GHz参数测量显示最大当前增益截取频率 )9.2GHz和最大振荡频率 16.8千兆赫标准HEMT值为7.9GHz和10.7GHz2O级3MIS-HEMTs和8.5GHz和16.2GHz2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MIS-HEMTs系统 并 ..高级RF特征2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MIS-HEMT证明他们的强势和线性表22显示dc和radioRF特性

表2
dc特征和RF特征比较 2O级 3MISFET和P 2S级 5/(NH) 4) 2 +UV处理pr 2O级 3密西西比州

脉冲测量描述载体捕捉现象和装置加热效果关于陷阱载波 响应时间支配脉冲测量捕捉者响应时间通常按顺序排序华府s长于载量运输ns, 特别是高速高功率设备方便观察每个设备排水管输出信号,在排水电机和电源间添加50xx电阻器,以确定总排水电流并减少输出方波效果脉冲I-V还为三大设备做了测量,以确认表面捕捉效果图12绘制dc至华府s脉冲I-V测量 华府m2设备a 0Va 8V3设备门宽度测量设备为100华府m,因此加热效果可能被忽略自表态确定扩散效果以来,当前高流密度随着脉冲宽度下降而衰减如图所示,标准GANHEMT显示脉冲周期大于pr2O级3MIS-HEMTs和P2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MISHEMTs很明显P2S级5/(NH)4)2 +紫外线处理产生可靠稳定表性能和少负线歇斯底里并增强高功率应用设备线性


图12
脉冲测量各种设备特征

调查闪动噪声与各种处理设备数量之间的关系时进行了低频噪声测量,因为低频对半导体表面敏感17..偏差点低频噪声测量 V提供 100m/mm所有设备自测量由每件设备数列抗药性支配以来,完全相同 偏点确认闪噪特征图中显示13P级2S级5/(NH)4)2 +经UV处理MIS-HEMT显示比普尔低1/f光谱噪声2O级3MIS-HEMT和GAN HEMT证明因P作用而减少表面悬浮联结2S级5/(NH)4)2 +V处理


图13
1/f噪声比较各种设备

编译一华府m长门GaNHEMT普尔2O级3MIS-HEMT和P2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MIS-HEMT测试并使用装有自动调试器的加载系统评价微波电量特征,同时为最大输出电量提供相配输入和负载阻抗微波加载电性能为2.4GHz使用各种设备排水偏差8V偏差点AB运算标准HEMT Pr2O级3MIS-HEMT和P2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MIS-HEMT必须偏向-3.1V,-3.7V和-3.4V ),并二选一图14显示输出功率 权益增益 PAE函数输入功率 上门维度各种设备 华府m2.P级2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MIS-HEMT流出优于HEMT标准或pr2O级3MISHEMT高输入电流PAE值为22.4%、23.6%和24.2%2O级3MIS-HEMT和P2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MISHEMT结果,微波电量性能通过MIS门结构提高,高输入电机制中增能性能也提高关口泄漏流2S级5/(NH)4)2 +UV处理pr2O级3MIS-HEMT允许显著提高设备线性18号..


图14
3台设备在2.4GHz和 8V运维

4级结论

简言之 Pr2O级3MIS-HEMT低门泄漏电流和低闪动2S级5/(NH)4)2 +V处理开发并定性电子波束蒸发高k解析器和消能层防止表态生成等离子体P级2S级5/(NH)4)2 +紫外线处理方法简单高效地减少表面悬浮联结数基于大厅、XPS和SIMS测量结果2S级5/(NH)4)2 +UV处理防止AlGaN表面强加S联结地表状态下降提高载波移动性并同时抑制不稳定本地Ga-O债券新式预处理证明极适合低噪GANMIS-HEMT应用

感知感知

作者想感谢纳诺设备实验室提供低频噪声测量,感谢国家中央大学提供热图像测量这项工作得到了国家科学理事会、中国广州长城高通研究中心和中国高通-1002221-E-18209的财政支助