开态氮化镓晶体管的高温挖槽工艺

  中国内地和香港的研究者们称在4GHz条件和脉冲状态下,推出的氮化镓基增强型金属绝缘半导体高电子迁移率晶体管中(MIS HEMTs)可获得最高的输出功率密度和功率附加效率。

  增强型或常关器件一般用于射频、微波和功率应用,有失效保护操作和更简易的栅控,但因为没有特定的加工方式,Gan HEMT一般是常开、耗尽型器件。
  栅挖槽并且栅介电质的加入,可以制备生产具有高跨导和低栅漏的增强型器件。栅挖槽需要某种形式的刻蚀,会造成晶格损伤,且刻蚀操作可能会有残留,这些因素会造成电子陷阱态,对器件性能造成负面影响。

  由中国科学院微电子研究所、西安电子科技大学和香港科技大学联合组成的研发团队,开发出一种高温等离子刻蚀法,可以移除残留物并且修复晶格损伤。

  采用高温挖槽工艺加工制备生产的器件和室温挖槽工艺制备的MIS HEMT有相似的阈阙值电压。然而,高温MIS HEMT在双模式特性下有更小的磁滞现象,说明在“深界面和体陷阱有明显压制”。在0V栅压和30V漏极电压下,高温MIS HEMT关态备用功率为6×10-8W/mm。在10V漏极电压和2.5V栅压下,对高温MIS HEMT进行小信号射频测量,电流增益截止频率为7.6GHz,单位功率增益在27GHz处获得室温器件下的最大相应值为5.4GHz和14.9GHz。

  高温器件在7V的栅压下进行脉冲状态工作操作,可获得1.13A/mm驱动电流,而室温MIS HEMT仅仅能获得0.42A/mm。研究人员们称:“在两类器件中,脉冲电流比相应的直流输出电流要高很多。很有可能是捕获机制而非自发热效应造成了最大漏电流ID的降低,而类似的捕获机制一般只会出现在准静态的直流测量中。”

  电流崩塌效应在静态漏极偏压小于40V时较小,而在60V时较大。“有可能是氧化引起的深层界面态的氧化效应造成的。”研究人员们还相信结晶形态AlN的钝化将可能提升界面的特性。
 

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