ALSCN-BARRIER MOCVD'den Hemts

Almanya ve Hollanda'daki araştırmacılar, alüminyum skandiyum nitrür (ALSCN) -Barrier yüksek elektron-mobilite transistörleri (HEMTS) oluşturmak için metal organik kimyasal buhar birikimi (MOCVD) kullanmışlardır [Christian Manz ve diğerleri, Semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Ekip ayrıca, ekibin en iyi bilgisine göre, daha önce hiç araştırılmamış olan daha olağan galyum nitrüre (GAN) alternatif olarak Silikon Nitrür (SINX) kapak malzemesi kullandı.

ALSCN ile yapılan çalışma, Fraunhofer Uygulamalı Katı Hal Fiziği Enstitüsü (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg ve Eurofins Malzeme Bilimleri Bilimleri Hollanda ve Eindhoven Üniversitesi'ndeki MOCVD büyümesi hakkında önceki raporlar üzerine inşa ediliyor. Hollanda'daki teknoloji, Almanya'nın Fraunhofer Mikrojen ve Sistemler Mikroyapı Enstitüsü (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news {{3 }items/2019/oct/fhg-iaf {6 }.shtml ].

Skandiyumun bariyere sokulması, HEMT'lerin dayandığı GAN iki boyutlu elektron gazı (2DEG) kanalında sac yük taşıyıcı yoğunluğunu 5 kata kadar sağlayan spontan ve piezoelektrik (gerinim bağımlı) yük polarizasyonunu arttırır. Gan-kanallı HEMT'ler, elektrikli araç (EV) ve yenilenebilir enerji güç kullanımından mikrodalga fırın kablosuz iletişim güç iletimine kadar yüksek güçlü, yüksek voltaj ve yüksek frekanslı uygulamalar için geliştirilmekte ve dağıtılmaktadır.

HemT'ler daha önce moleküler ışın epitaksisi (MBE)-yetişen ALSCN materyalinden imal edilmiş olsa da, MOCVD süreçleri seri üretim için daha yaygın olarak uygulanabilir. MOCVD'ye skandiyum sokmanın bir problemi, potansiyel öncüllerin buhar basıncının düşük olmasıdır. MOCVD, taşıyıcı gazı olarak kullanılan hidrojen ile düşük basınçta (40-100 MBAR) gerçekleştirildi. Büyüme sıcaklığı 1000 dereceden 1200 derece arasında değişiyordu.

Azot kaynağı amonyak (NH3) idi. Grup-III metalleri, galyum ve alüminyum, trimetil- (tm-) organiklerden geldi. Skandiyum öncüsü Tris-Siklopentadienil-Skandyum (CP3SC) idi. Silan (SIH4) Sinx kapağı için silikonu sağladı.

Şekil 1: ALSCN bariyer malzemesi için MOCVD şeması.

ALSCN bariyer tabakasının büyümesi çeşitli sürekli ve darbeli metodolojiler kullandı. Darbeli yöntem, metal malzemeleri 5S CP3SC ve 2S TM-Al ile alternatif olarak içeriyordu.

Deneylerde, özellikle transistör imalat aşamasında, bazı deneyler için 100mm safir substratlar ve 4H silikon karbür (sic) kullanılmıştır.

HEMT'ler, iyon implant cihaz izolasyonu ile titanyum/alüminyum ohmik kaynak drain kontaklarından oluşuyordu. Araştırmacılara göre Sinx pasivasyon "düşük akım dağılım ve termal stabilite" sağladı. Kapı, yüksek hızlı çalışmayı iyileştirmek için düşük kapasitans olacak şekilde tasarlanmıştır.

Silikon nitrür, AL içeren tabakanın oksidasyonunu önlemek için ALSCN bariyer tabakasını kapatmak için kullanıldı. Algan transistörlerinde bir Gan kapağı sıklıkla kullanılır, ancak ALSCN durumunda bu tür kapakların büyümesinin zor olduğu bulunmuştur, bu da ALSCN'yi koruma ve pasifleştirme yeteneğini olumsuz etkileyen '3D adalar' ile sonuçlanır. ALSCN üzerindeki GAN kapaklarının, atomik kuvvet mikroskopisi (AFM) ölçümlerine göre, SINX için 0.2nm ile karşılaştırıldığında, 1 0 00 derecesinde yetiştirilen malzeme için 1.5nm kök ortalama-kare pürüzlülüğüne sahip olduğu bulunmuştur.

HEMT'ler için kullanılan malzeme (Şekil 1), 9.5NM ALSCN bariyer tabakasında yaklaşık% 14 SC içeriyordu. SINX kapağı 3.4nm idi. Büyüme sıcaklığı 1100 derece idi, ALSCN birikimi öncülerin sürekli tedarikini kullandı. Substrat 4H sic idi. 3nm SINX kapaklı bir karşılaştırma 5.6nm ALN bariyer cihazı da büyütüldü ve üretildi.

Tablo 1: ALSCN-Warrier ve ALN-Warrier Hemts'in elektron taşıma özelliklerinin karşılaştırılması

ALSCN bariyerine sahip HEMT, ALN bariyeri olan cihazınkiyle karşılaştırılabilir performans elde etti (Şekil 2) (Tablo 1). Araştırmacılar, ALSCN HEMT'nin performansının teorik beklentilerin altında olduğuna dikkat çekiyor.

Şekil 2: 0 ile ALSCN-Warrier HEMT için transfer özellikleri. 25μm kapı uzunluğu. Boşaltma yanlılığı 7V.

Ekip, tarama iletim elektron mikroskopisi (STEM), enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDX) ve yüksek- yüksek- Çözünürlük X-ışını kırınım analizi (HR-XRD). Bu nedenle engeller sırasıyla Algascn ve Algan'dı. Ölçümler, difüzyonun ortalama% 40 GA ile bir Algan bariyeri ile sonuçlandığını göstermektedir.

Araştırmacılar, "Her iki örnekte daha düşük hareketliliğin birincil kaynağı büyük olasılıkla zayıf arayüz kalitesi ve atomların interdiffüzyonudur, bu da hemT hetero -yapılarının hareketliliğini etkilediği bilinen alaşım saçılmasına neden olur."

Buna rağmen, ekip sonuçları yüksek güç ve yüksek frekanslı uygulamalar için "çok umut verici" olarak görüyor ve ALSCN HEMT'nin şirket içinde üretilen RF uygulamaları için tasarlanmış standart ALGAN HEMT'lere "zaten üstün" olduğunu da sözlerine ekledi.

Orijinal kaynak: http://www.semiconductor-today.com/news {11 }items/2021/feb/fraunhofer {{3 }.shtmlhtp://www.semiconductor-today.com/news {5 }} öğeler/2021/Şubat/Fraunhofer -110221. shtml