Hemts từ Alscn-Banrier MOCVD

Các nhà nghiên cứu ở Đức và Hà Lan đã sử dụng sự lắng đọng hơi hóa học kim loại (MOCVD) để tạo ra các bóng bán dẫn nhôm scandium nitride (ALSCN) -Barrier cao (Hemts) [Christian Manz et al, Semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Nhóm nghiên cứu cũng đã sử dụng vật liệu nắp silicon nitride (SINX) thay thế cho gallium nitride (GAN) thông thường hơn, chưa từng được điều tra trước đây, theo kiến ​​thức tốt nhất của đội.

Công việc với ALSCN xây dựng các báo cáo trước đây về sự tăng trưởng của MOCVD từ nhóm tại Viện Vật lý Nhà nước Solid Ứng dụng (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg, và Đại học Freiburg ở Đức, và Eurofins Vật liệu Khoa học Nether và Eindhoven của Đại học Eindhoven của Công nghệ ở Hà Lan, cùng với Viện Fraunhofer của Đức về Vật liệu và Hệ thống (IMWS) của Đức [www.semiaDuctor-today.com/news/ ].

Việc đưa scandium vào hàng rào làm tăng sự phân cực điện tích tự phát và áp điện (phụ thuộc vào biến dạng), cho phép mật độ sóng mang điện tích tối đa 5 lần trong kênh khí điện tử hai chiều (2DEG) dựa trên Hemts. HEMTS kênh Gan đang được phát triển và triển khai cho các ứng dụng cao, điện áp cao và tần số cao, từ xe điện (EV) và xử lý năng lượng năng lượng tái tạo, cho đến truyền tải điện không dây vi sóng.

Mặc dù HEMT đã được chế tạo trước đó từ vật liệu ALSCN phát triển chùm tia phân tử (MBE), các quy trình MOCVD được áp dụng rộng rãi hơn cho sản xuất hàng loạt. Một vấn đề với việc đưa scandium vào MOCVD là áp suất hơi của tiền chất tiềm năng là thấp. MOCVD được thực hiện ở áp suất thấp (40-100 mbar) với hydro được sử dụng làm khí mang. Nhiệt độ tăng trưởng dao động từ 1000 độ đến 1200 độ.

Nguồn nitơ là amoniac (NH3). Các kim loại nhóm III, gallium và nhôm, đến từ các chất hữu cơ trimethyl- (tm-). Tiền chất scandium là tris-cyclopentadienyl-scandium (CP3SC). Silane (SIH4) đã cung cấp silicon cho nắp sinx.

Hình 1: Sơ đồ MOCVD cho vật liệu hàng rào ALSCN.

Sự phát triển của lớp rào cản Alscn được sử dụng các phương pháp liên tục và xung khác nhau. Phương pháp xung bao gồm các nguồn cung cấp kim loại xen kẽ với 5S CP3SC và 2S TM-Al.

Các thí nghiệm đã sử dụng chất nền Sapphire 100mm và cacbua silicon 4H (SIC) cho một số thí nghiệm, đặc biệt là ở giai đoạn chế tạo bóng bán dẫn.

Các hems bao gồm các tiếp xúc khô nguồn titan/nhôm ohmic với sự phân lập thiết bị cấy ion. Các thụ động SINX cho phép "sự phân tán dòng điện thấp và độ ổn định nhiệt", theo các nhà nghiên cứu. Cổng được thiết kế để có điện dung thấp, để cải thiện hoạt động tốc độ cao.

Nitride silicon được sử dụng để nắp lớp hàng rào ALSCN, để tránh quá trình oxy hóa lớp AL chứa. Trong các bóng bán dẫn Algan, một nắp GaN thường được sử dụng, nhưng trong trường hợp ALSCN, các mũ như vậy đã được tìm thấy là khó phát triển, dẫn đến 'Quần đảo 3D', tác động xấu đến khả năng bảo vệ và thụ động của ALSCN. Mũ GAN trên ALSCN đã được tìm thấy có độ nhám bình phương trung bình là 1,5nm đối với vật liệu được trồng ở mức 1 0 00 độ, theo các phép đo của lực nguyên tử (AFM), so với 0,2nm đối với sinx.

Vật liệu được sử dụng cho các hemt (Hình 1) chứa khoảng 14% SC trong lớp hàng rào ALSCN 9,5nm. Mũ Sinx là 3,4nm. Nhiệt độ tăng trưởng là 1100 độ, với sự lắng đọng ALSCN sử dụng cung cấp tiền chất liên tục. Chất nền là 4h sic. Một thiết bị so sánh 5,6nm ALN hàng rào ALN với nắp sinx 3nm cũng được trồng và chế tạo.

Bảng 1: So sánh tính chất vận chuyển điện tử của Hemts-Barrier và Aln-Barrier

HEMT với hàng rào ALSCN đạt được hiệu suất (Hình 2) có thể so sánh với thiết bị có hàng rào ALN (Bảng 1). Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng hiệu suất của ALSCN Hemt nằm dưới những kỳ vọng về mặt lý thuyết.

Hình 2: Các đặc điểm chuyển cho Hemt ALSCN-Barrier với 0. Độ dài cổng 25μm. Thoát Bias 7V.

Nhóm đổ lỗi cho "sự xen kẽ nặng của các nguyên tử kim loại Al, GA và SC trong bộ đệm và rào cản", được phát hiện và đặc trưng bằng kính hiển vi điện tử truyền tải quét (STEM), quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDX) và cao Phân tích nhiễu xạ tia X (HR-XRD). Do đó, các rào cản là Algascn và Algan, tương ứng. Các phép đo cho thấy rằng sự khuếch tán dẫn đến một rào cản algan với trung bình khoảng 40% Ga.

"Nguồn chính cho tính di động thấp hơn trong cả hai mẫu rất có thể là chất lượng giao diện kém và sự xen kẽ của các nguyên tử, gây ra sự tán xạ hợp kim, được biết là ảnh hưởng đến tính di động của các cấu trúc heterostures của Hemt", các nhà nghiên cứu viết.

Mặc dù vậy, nhóm nghiên cứu xem kết quả là "rất hứa hẹn" đối với các ứng dụng công suất cao và tần số cao, thêm rằng ALSCN Hemt "đã vượt trội" so với Algan Hemts tiêu chuẩn được thiết kế cho các ứng dụng RF được chế tạo trong nhà.

Nguồn gốc: http://www.semiaductor-today.com/news/ }} Các mục/2021/Feb/Fraunhofer -110221. Shtml