Hemts από alscn-barrier mocvd

Οι ερευνητές στη Γερμανία και στις Κάτω Χώρες χρησιμοποίησαν εναπόθεση μεταλλικών-οργανικών χημικών ατμών (MOCVD) για να δημιουργήσουν τρανζίστορ υψηλής ηλεκτρονίου-κινητικότητας (HEMTS) [Christian Manz et al, Semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Η ομάδα χρησιμοποίησε επίσης υλικό καπακιού νιτριδίου πυριτίου (SINX) ως εναλλακτική λύση στο πιο συνηθισμένο νιτρίδιο του γαλλίου (GAN), το οποίο ποτέ δεν έχει διερευνηθεί πριν, σύμφωνα με την καλύτερη γνώση της ομάδας.

Το έργο με το ALSCN βασίζεται σε προηγούμενες αναφορές σχετικά με την ανάπτυξη του MOCVD από την ομάδα στο Ινστιτούτο Φυσικής της Εφαρμοσμένης Στερεότητας (IAF), το Πανεπιστήμιο Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg και το Πανεπιστήμιο του Freiburg στη Γερμανία και το Eurofins Science Science και το Eindhoven of Τεχνολογία στις Κάτω Χώρες, μαζί με το Ινστιτούτο Fraunhofer της Γερμανίας για τη μικροδομή υλικών και συστημάτων (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news {3 ]items/2019/oct/fhg-iaf { ].

Η εισαγωγή του σκανδίου στο φράγμα αυξάνει την αυθόρμητη και πιεζοηλεκτρική (εξαρτώμενη από το στέλεχος) την πόλωση φορτίου, η οποία επιτρέπει μέχρι 5 φορές την πυκνότητα φορέα φορτίου στο GAN δισδιάστατο αέριο ηλεκτρονίων (2DEG) στο οποίο βασίζονται οι HEMT. Οι HEMTs Gan-Channel αναπτύσσονται και αναπτύσσονται για εφαρμογές υψηλής ισχύος, υψηλής τάσης και υψηλής συχνότητας, που κυμαίνονται από ηλεκτρικό όχημα (EV) και χειρισμό ενέργειας ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, έως τη μετάδοση ισχύος ασύρματων επικοινωνιών μικροκυμάτων.

Παρόλο που οι HEMTs έχουν κατασκευαστεί πριν από την επιταξία μοριακής δέσμης (MBE)-αναπτύσσεται υλικό ALSCN, οι διαδικασίες MOCVD είναι ευρύτερα εφαρμόσιμες για τη μαζική παραγωγή. Ένα πρόβλημα με την εισαγωγή του Scandium στο MOCVD είναι ότι η πίεση ατμών των πιθανών προδρόμων είναι χαμηλή. Το MOCVD διεξήχθη σε χαμηλή πίεση (40-100 MBAR) με υδρογόνο που χρησιμοποιείται ως αέριο φορέα. Η θερμοκρασία ανάπτυξης κυμαίνεται από 1000 βαθμούς έως 1200 βαθμούς.

Η πηγή αζώτου ήταν αμμωνία (NH3). Τα μέταλλα της ομάδας ΙΙΙ, το γαλλικό και το αλουμίνιο, προέρχονταν από οργανίδια τριμεθυλ- (Tm-). Ο πρόδρομος σκάνδαλου ήταν Tris-cyclopentadienyl-scandium (CP3SC). Το σιλάνη (SIH4) παρείχε το πυρίτιο για το καπάκι SINX.

Εικόνα 1: Σχέδιο MOCVD για υλικό φραγμού ALSCN.

Η ανάπτυξη του στρώματος φραγμού ALSCN χρησιμοποίησε ποικίλες συνεχείς και παλμικές μεθοδολογίες. Η παλλόμενη μέθοδος συνίστατο στην εναλλαγή των μεταλλικών προμηθειών με 5S CP3SC και 2S TM-Al.

Τα πειράματα χρησιμοποίησαν υποστρώματα ζαφείρι 100 mm και καρβίδιο 4H πυριτίου (SIC) για μερικά πειράματα, ιδιαίτερα στο στάδιο κατασκευής του τρανζίστορ.

Οι HEMTs αποτελούνταν από επαφές για το τιτάνιο/αλουμινίου OHMIC Source-αποστράγγισης με απομόνωση συσκευών ιόντων. Η παθητικοποίηση SINX επέτρεψε τη "χαμηλού ρεύματος διασποράς και τη θερμική σταθερότητα", σύμφωνα με τους ερευνητές. Η πύλη σχεδιάστηκε για να είναι χαμηλή χωρητικότητα, για να βελτιώσει τη λειτουργία υψηλής ταχύτητας.

Το νιτρίδιο του πυριτίου χρησιμοποιήθηκε για να καλύψει το στρώμα φραγμού ALSCN, για να αποφευχθεί η οξείδωση του στρώματος που περιέχει AL. Στα τρανζίστορ του Algan χρησιμοποιείται συχνά ένα καπάκι GaN, αλλά στην περίπτωση της ALSCN τέτοιου είδους ανώτατα όρια έχουν βρεθεί ότι είναι δύσκολο να αναπτυχθούν, με αποτέλεσμα τα «3D νησιά», τα οποία επηρεάζουν δυσμενώς την ικανότητά της να προστατεύει και να παθαίνει το ALSCN. Τα καλύμματα GAN σε ALSCN βρέθηκαν να έχουν τραχύτητα μέσης μέσης ρίζας 1,5nm για υλικό που καλλιεργείται σε 1 0 00 βαθμούς, σύμφωνα με μετρήσεις μικροσκοπίας ατομικής δύναμης (AFM), σε σύγκριση με 0,2NM για SINX.

Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε για το HEMTS (Σχήμα 1) περιείχε περίπου 14% SC στο στρώμα φραγμού 9,5nm Alscn. Το καπάκι Sinx ήταν 3,4nm. Η θερμοκρασία ανάπτυξης ήταν 1100 βαθμοί, με την εναπόθεση ALSCN χρησιμοποιώντας συνεχή παροχή των προδρόμων. Το υπόστρωμα ήταν 4Η SIC. Μια συσκευή σύγκρισης 5.6nm ALN Barrier με καπάκι SINX 3nm καλλιεργήθηκε επίσης και κατασκευάστηκε.

Πίνακας 1: Σύγκριση των ιδιοτήτων μεταφοράς ηλεκτρονίων του alscn-barrier και του aln-barrier hemts

Το HEMT με το φράγμα ALSCN πέτυχε απόδοση (Εικόνα 2) συγκρίσιμη με εκείνη της συσκευής με φράγμα ALN (Πίνακας 1). Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι η απόδοση του Alscn Hemt είναι κάτω από τις θεωρητικές προσδοκίες.

Εικόνα 2: Χαρακτηριστικά μεταφοράς για το alscn-barrier hemt με 0. Προκατάληψη αποστράγγισης 7V.

Η ομάδα κατηγορεί την "βαριά διεπαφή των ατόμων μετάλλων, GA και SC στο buffer and barrier", το οποίο ανιχνεύθηκε και χαρακτηρίστηκε χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης σάρωσης (STEM), φασματοσκοπία ακτίνων Χ ενεργειακής διασποράς (EDX). Ανάλυση διάθλασης ακτίνων Χ (HR-XRD). Τα εμπόδια ήταν επομένως οι Algascn και Algan, αντίστοιχα. Οι μετρήσεις υποδηλώνουν ότι η διάχυση είχε ως αποτέλεσμα ένα φράγμα Algan με περίπου 40% GA κατά μέσο όρο.

"Η κύρια πηγή για τη χαμηλότερη κινητικότητα και στα δύο δείγματα είναι πιθανότατα η κακή ποιότητα της διεπαφής και η διασπορά των ατόμων, προκαλώντας σκέδαση κράματος, η οποία είναι γνωστό ότι επηρεάζει την κινητικότητα των ετεροδομών του HEMT", γράφουν οι ερευνητές.

Παρόλα αυτά, η ομάδα βλέπει τα αποτελέσματα ως "πολύ ελπιδοφόρα" για εφαρμογές υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας, προσθέτοντας ότι το Alscn HEMT είναι "ήδη ανώτερο" σε πρότυπες Algan Hemts σχεδιασμένες για εφαρμογές RF που κατασκευάζονται εσωτερικά.

Αρχική Πηγή: http://www.semiconductor-today.com/news {{1 ]ITEMS/2021/feb/fraunhofer {{3 }.shtmlhttp://www.semiconductor-today.com/News {5 }} στοιχεία/2021/feb/fraunhofer -110221. shtml