Hemts z alscn-barriérového MOCVD

Vedci v Nemecku a Holandsku použili na vytváranie tranzistorov hlinitého škandialového nitridu (ALSCN) kov-organickej chemickej pary (MOCVD) (HEMTS) [Christian Manz et al, Semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Tím tiež použil materiál kremíka nitridu (Sinx) ako alternatívu k obvyklejšiemu nitridu gália (GAN), ktorý sa nikdy predtým nevyšetril podľa najlepších znalostí tímu.

Práca s ALSCN stavia na predchádzajúcich správach o raste MOCVD z tímu vo Fraunhoferovom inštitúte pre aplikovanú fyziku Solid State (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universitytät Freiburg a University of Freiburg vo Freiburgu v Nemecku a Eurofins Matters Science Holandsko a Eindhoven University of University of University z Technológia v Holandsku, spolu s nemeckým Fraunhoferovým inštitútom pre mikroštruktúru materiálov a systémov (IMWS) [www.semconductor-today.com/news {3}}items/2019/oct/fhg-iaf=].

Zavedenie škandia do bariéry zvyšuje spontánnu a piezoelektrickú (polarizáciu náboja závislých od kmeňa), ktorá umožňuje až 5x hustoty nosiča plachiet v dvojrozmernom elektrónovom plyne (2DEG), na ktorom sú založené HEMT. Hemts Gannel sa vyvíjajú a nasadzujú pre vysoko výkonné, vysoko napätie a vysokofrekvenčné aplikácie, od elektrického vozidla (EV) a spracovania energie z obnoviteľnej energie až po prenos energie bezdrôtovej komunikácie s mikrovlnnou rúrou.

Aj keď boli HEMT vyrobené predtým z materiálu ALSCN s molekulárnym lúčom (MBE), procesy MOCVD sú širšie uplatniteľné na výrobu hmotnosti. Jedným z problémov so zavedením škandia do MOCVD je to, že tlak pár potenciálnych prekurzorov je nízky. MOCVD sa uskutočňoval pri nízkom tlaku (40-100 mbar) s vodíkom používaným ako nosný plyn. Rastová teplota sa pohybovala od 1 000 do 1200 stupňov.

Zdroj dusíka bol amoniak (NH3). Kovové kovy skupiny III, gallium a hliník, pochádzajú z trimetyl- (TM-) organických látok. Prekurzorom škandia bolo Tris-cyklopentadynyl-scandium (CP3SC). Silane (SIH4) dodal kremík pre čiapku Sinx.

Obrázok 1: Schéma MOCVD pre materiál bariéry ALSCN.

Rast vrstvy bariéry ALSCN používal rôzne kontinuálne a pulzné metodiky. Pulzná metóda pozostávala zo striedania dodávok kovov 5S CP3SC a 2S TM-AL.

Experimenty použili na niektoré experimenty, najmä v štádiu tranzistorového výroby, experimenty substrátov 100 mm zafírov a 4H karbid kremíka (SIC).

HEMT pozostávali z kontaktov s inscenáciou v oblasti titánu/hliníka Ohmicko s izoláciou zariadenia s iónom. Podľa vedcov umožnila pasivácia SINX „nízka súčasná disperzia a tepelná stabilita“. Brána bola navrhnutá tak, aby bola nízka kapacita, aby sa zlepšila vysokorýchlostná prevádzka.

Silikónový nitrid sa použil na obmedzenie vrstvy bariéry ALSCN, aby sa predišlo oxidácii vrstvy obsahujúcej Al. V alganových tranzistoroch sa často používa čiapka GAN, ale v prípade ALSCN sa zistilo, že takéto čiapky je ťažké rásť, čo vedie k „3D ostrovom“, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú jeho schopnosť chrániť a pasivat ALSCN. Zistilo sa, že GAN Caps na ALSCN majú drsnosť koreňového štvorca 1,5 Nm pre materiál pestovaný pri 1 0 00 stupňa podľa meraní atómovej sily (AFM) v porovnaní s 0,2 Nm pre Sinx.

Materiál použitý pre HEMT (obrázok 1) obsahoval približne 14% SC vo vrstve ALSCN bariéry 9,5 Nm. Čiapka Sinx bola 3,4 nm. Rastová teplota bola 1100 stupňov, pričom ukladanie ALSCN pomocou nepretržitého dodávania prekurzorov. Substrát bol 4H SIC. Pestovalo sa a vyrábalo sa aj porovnanie 5,6 nm ALN bariérového zariadenia s uzáverom 3NM SINX.

Tabuľka 1: Porovnanie vlastností elektrónových transportov ALSCN-Barrier a Aln-Barrier Hemts

Hemt s bariérou ALSCN dosiahol výkon (obrázok 2) porovnateľný s výkonom zariadenia s bariérou ALN (tabuľka 1). Vedci poukazujú na to, že výkon Alscn Hemt je pod teoretickými očakávaniami.

Obrázok 2: Charakteristiky prenosu pre ALSCN-Barrier Hemt s 0. 25 μm dĺžka brány. Odtoková zaujatosť 7v.

Tím obviňuje „ťažkú ​​interdifúziu kovových atómov Al, GA a SC v vyrovnávacej pamäti a bariére“, ktorá bola detegovaná a charakterizovaná pomocou skenovacej transmisnej elektrónovej mikroskopie (STEM), rôntgenovej spektroskopie s dĺžkou energie (EDX) a vysokej úrovne. Rôntgenová difrakčná analýza rozlíšenia (HR-XRD). Bariéry boli preto Algascn a Algan. Merania naznačujú, že difúzia viedla k bariére Algan s priemerom približne 40% GA.

„Primárnym zdrojom nižšej mobility v oboch vzorkách je s najväčšou pravdepodobnosťou zlá kvalita rozhrania a interdifúzia atómov, čo spôsobuje rozptyl zliatiny, o ktorom je známe, že ovplyvňuje mobilitu heteroštruktúr HEMT,“ píšu vedci.

Napriek tomu tím vidí výsledky za „veľmi sľubné“ pre vysoko výkonné a vysokofrekvenčné aplikácie, pričom dodáva, že ALSCN Hemt je „už lepší“ ako štandardný Algan Hemts navrhnutý pre RF aplikácie vyrobené interne.

Originálny zdroj: http://www.semiconductor-today.com/news {1}Items/2021/ffeb/fraunhofer {3}d.shtmlHttp://www.semiconductor-today.com/news {5 {5 }} položky/2021/feb/fraunhofer -110221. shtml