Hemt dari ALSCN-Barrier Mocvd

Para peneliti di Jerman dan Belanda telah menggunakan deposisi uap bahan kimia logam-organik (MOCVD) untuk menciptakan aluminium skandium nitrida (ALSCN)-transistor high-elektron-mobilitas (Hemts) [Christian Manz et al, semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Tim ini juga menggunakan bahan tutup silikon nitrida (sinx) sebagai alternatif dari gallium nitrida (GAN) yang lebih biasa, yang belum pernah diselidiki sebelumnya, menurut pengetahuan terbaik dari tim.

Pekerjaan dengan ALSCN dibangun pada laporan sebelumnya tentang pertumbuhan MOCVD dari tim di Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg, dan Universitas Freiburg di Jerman, dan Ilmu Material Eurofin Netherlands dan Eindhoven University of of Teknologi di Belanda, bersama dengan Institut Fraunhofer Jerman untuk Mikrostruktur Bahan dan Sistem (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news {(3}estml/2019/oct/fhg-iaf {66 --shtml ].

Pengenalan skandium ke dalam penghalang meningkatkan polarisasi muatan spontan dan piezoelektrik (bergantung pada strain), yang memungkinkan hingga 5x kepadatan pembawa muatan lembaran dalam saluran gas elektron dua dimensi (2DEG) yang menjadi dasar hemt. Gan-channel hemt sedang dikembangkan dan digunakan untuk aplikasi kekuatan tinggi, tegangan tinggi dan frekuensi tinggi, mulai dari kendaraan listrik (EV) dan penanganan daya energi terbarukan, hingga transmisi daya komunikasi nirkabel microwave.

Meskipun Hemts telah dibuat sebelumnya dari material ALSCN bertambah molekul (MBE), proses MOCVD lebih banyak berlaku untuk produksi massal. Salah satu masalah dengan memperkenalkan skandium ke dalam MOCVD adalah bahwa tekanan uap dari prekursor potensial rendah. MOCVD dilakukan pada tekanan rendah (40-100 mbar) dengan hidrogen yang digunakan sebagai gas pembawa. Suhu pertumbuhan berkisar dari 1000 derajat hingga 1200 derajat.

Sumber nitrogen adalah amonia (NH3). Logam kelompok-III, gallium dan aluminium, berasal dari organik trimetil (TM-). Prekursor skandium adalah Tris-cyclopentadienyl-scandium (CP3SC). Silan (SIH4) memasok silikon untuk tutup Sinx.

Gambar 1: Skema MOCVD untuk bahan penghalang ALSCN.

Pertumbuhan lapisan penghalang ALSCN menggunakan berbagai metodologi kontinu dan berdenyut. Metode berdenyut terdiri dari bergantian pasokan logam dengan 5S CP3SC dan 2S TM-AL.

Eksperimen menggunakan substrat safir 100mm dan 4H silicon carbide (SIC) untuk beberapa percobaan, terutama pada tahap fabrikasi transistor.

Hemt terdiri dari kontak sumber air ohmik titanium/aluminium dengan isolasi perangkat ion-implan. Pasifan Sinx memungkinkan "dispersi arus rendah dan stabilitas termal", menurut para peneliti. Gerbang ini dirancang untuk menjadi kapasitansi rendah, untuk meningkatkan operasi berkecepatan tinggi.

Silikon nitrida digunakan untuk menutup lapisan penghalang ALSCN, untuk menghindari oksidasi lapisan yang mengandung AL. Dalam transistor Algan, tutup GAN sering digunakan, tetapi dalam kasus ALSCN topi semacam itu telah ditemukan sulit untuk tumbuh, menghasilkan 'pulau 3D', yang berdampak buruk pada kemampuannya untuk melindungi dan menyumbat ALSCN. Caps GAN pada ALSCN ditemukan memiliki kekasaran root-square 1,5nm untuk materi yang tumbuh pada 1 0 00 derajat, menurut pengukuran mikroskop gaya atom (AFM), dibandingkan dengan 0,2nm untuk Sinx.

Bahan yang digunakan untuk Hemt (Gambar 1) mengandung sekitar 14% SC di lapisan penghalang ALSCN 9.5nm. Tutup Sinx adalah 3.4nm. Suhu pertumbuhan adalah 1100 derajat, dengan deposisi ALSCN menggunakan pasokan berkelanjutan dari prekursor. Substratnya adalah 4H SIC. Perbandingan Perangkat Penghalang ALN 5.6nm dengan tutup SINX 3NM juga ditanam dan dibuat.

Tabel 1: Perbandingan sifat transportasi elektron ALSCN-Barrier dan ALN-Barrier Hemts

Hemt dengan penghalang ALSCN mencapai kinerja (Gambar 2) yang sebanding dengan perangkat dengan penghalang ALN (Tabel 1). Para peneliti menunjukkan bahwa kinerja ALSCN Hemt berada di bawah harapan teoretis.

Gambar 2: Transfer Karakteristik untuk Hemt ALSCN-Barrier dengan 0. Panjang gerbang 25μm. Tiriskan bias 7v.

Tim menyalahkan "interdiffusi berat atom logam Al, GA dan SC dalam buffer dan penghalang," yang terdeteksi dan dikarakterisasi menggunakan pemindaian transmisi elektron mikroskop (STEM), spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDX), dan tinggi- Analisis Difraksi X-Ray Resolusi (HR-XRD). Oleh karena itu, hambatan adalah Algascn dan Algan. Pengukuran menunjukkan bahwa difusi menghasilkan penghalang Algan dengan rata -rata sekitar 40% Ga.

"Sumber utama untuk mobilitas yang lebih rendah di kedua sampel kemungkinan besar adalah kualitas antarmuka yang buruk dan interdiffusion atom, menyebabkan hamburan paduan, yang diketahui mempengaruhi mobilitas heterostruktur hemt," tulis para peneliti.

Meski begitu, tim melihat hasilnya sebagai "sangat menjanjikan" untuk aplikasi berdaya tinggi dan frekuensi tinggi, menambahkan bahwa ALSCN Hemt "sudah lebih unggul" untuk algan hemt standar yang dirancang untuk aplikasi RF yang dibuat di rumah.

Sumber Asli: http://www.semiconductor-today.com/news/{1}estems/2021/feb/fraunhofer {{33}.shtmlhttp://www.semiconductor-today.com/news/{5 }} item/2021/feb/fraunhofer -110221. Shtml