Hemts z Alscn-Barrier MocVD

Vědci v Německu a Nizozemsku použili k vytvoření hliníkového nitridu skandiálního nitridu (ALSCN)-Barrier s vysokou elektron-mobilitou tranzistory (HEMTS) [Christian Manz et al, polo polokódové. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Tým také použil materiál křemíkového nitridu (SINX) jako alternativu k obvyklému nitridu gallia (GAN), který nebyl nikdy předtím zkoumán, podle nejlepší znalosti týmu.

Práce s ALSCN staví na předchozích zprávách o růstu MOCVD z týmu ve Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg a University of Freiburg v Německu a Eurofins Material Science Nizorths a Eindhoven University of Technologie v Nizozemsku, spolu s německým Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news; ].

Zavedení skandium do bariéry zvyšuje spontánní a piezoelektrické (závislé napětí) polarizace náboje, která umožňuje až 5x hustotu nosného náboje v dvourozměrném kanálu GAN (2deg), na kterém jsou založeny HEMT. HEMT GAN-Channel se vyvíjejí a nasazují pro vysoce výkonné, vysokopěťové a vysokofrekvenční aplikace, od elektrického vozidla (EV) a obnovitelné zdroje energie, až po přenos bezdrátové komunikace v mikrovlnné troubě.

Ačkoli byly HEMT vyrobeny dříve z epitaxy molekulárního paprsku (MBE), který se objevil ALSCN, procesy MOCVD jsou pro hromadnou výrobu více použitelné. Jedním problémem zavedení skandium do MOCVD je to, že tlak par potenciálních prekurzorů je nízký. MOCVD byl prováděn při nízkém tlaku (40-100 mbar) s vodíkem použitým jako nosný plyn. Růstová teplota se pohybovala od 1000 stupňů do 1200 stupňů.

Zdrojem dusíku byl amoniak (NH3). Kovy skupiny-III, gallium a hliník, pocházely z trimethyl- (TM-) organic. Skandiální prekurzor byl Tris-cyklopentadienyl-scandium (CP3SC). Silane (SIH4) dodal křemík pro čepici Sinx.

Obrázek 1: Schéma MOCVD pro bariérový materiál ALSCN.

Růst bariérové ​​vrstvy ALSCN používal různě kontinuální a pulzní metodiky. Pulzzovaná metoda spočívala v střídání kovových zásob s 5S CP3SC a 2S TM-AL.

Experimenty používaly 100 mm safírové substráty a 4H křemíkový karbid (SIC) pro některé experimenty, zejména ve fázi tranzistoru.

HEMT se skládaly z titanového/hliníkového ohmického kontaktu s odtokem zdroje s ionty-implantátním zařízením. Pasivace Sinx umožnila podle vědců „nízkou disperzi a tepelnou stabilitu“. Brána byla navržena tak, aby byla nízká kapacita, aby se zlepšila vysokorychlostní provoz.

Nitrid křemíku byl použit k omezení vrstvy bariéry ALSCN, aby se zabránilo oxidaci vrstvy obsahující AL. U Algan tranzistorů se často používá čepice GAN, ale v případě, že se takové čepice shledává, že je obtížné růst, což má za následek „3D ostrovy“, které nepříznivě ovlivňují jeho schopnost chránit a passivát ALSCN. Bylo zjištěno, že Caps na Alscn mají drsnost kořenového průměru 1,5nm pro materiál pěstovaný při 1 0 00 stupně, podle měření atomové síly (AFM), ve srovnání s 0,2nm pro Sinx.

Materiál použitý pro HEMTS (obrázek 1) obsahoval kolem 14% SC ve vrstvě bariéry 9,5nm ALSCN. Čepice Sinx byla 3,4 nm. Růstová teplota byla 1100 stupňů, přičemž depozice ALSC se pomocí nepřetržitého dodávky prekurzorů. Substrát byl 4H SIC. Roste a vyrobeno a vyrobeno porovnání 5. nm ALN bariérové ​​zařízení s 3nm sinx čepicí.

Tabulka 1: Porovnání vlastností transportu elektronů ALSCN-Barrier a ALN-Barrier HEMTS

HEMT s bariérou ALSCN dosáhla výkonnosti (obrázek 2) srovnatelné s pečkou zařízení s ALN bariérou (tabulka 1). Vědci poukazují na to, že výkon ALSCN HEMT je pod teoretickými očekáváními.

Obrázek 2: Charakteristiky přenosu pro HEMT ALSCN-Barrier s 0. 25 μm délky brány. Vypouštěcí zkreslení 7V.

Tým obviňuje „těžkou interdifúzi atomů kovů AL, GA a SC v pufru a bariéře“, která byla detekována a charakterizována pomocí skenovací přenosové elektronové mikroskopie (STEM), energeticky disperzní rentgenové spektroskopie (EDX) a vysoko- Rozlišení rentgenová difrakční analýza (HR-XRD). Bariéry byly proto AlgASCN a Algan. Měření naznačují, že difúze měla za následek alganskou bariéru s průměrem přibližně 40% GA.

„Primárním zdrojem nižší mobility v obou vzorcích je s největší pravděpodobností špatná kvalita rozhraní a interdifúze atomů, což způsobuje rozptyl slitin, o kterém je známo, že ovlivňuje mobilitu heterostruktur HEMT,“ píšou vědci.

Přesto tým vidí výsledky jako „velmi slibné“ pro vysoce výkonné a vysokofrekvenční aplikace a dodává, že ALSCN HEMT je „již lepší“ až standardní Algan HEMTS určené pro RF aplikace vyrobené interně.

Původní zdroj: http://www.semiconductor-today.com/news/adews/2021/feb/fraunHofer{ (3} 19 }} položky/2021/feb/fraunhofer -110221. Shtml