全民彩票


GaN基MOS HEMT中的原子层沉积技术

  为了降低GaN基MOS HEMT器件的栅极漏电流,提升器件的可靠性和稳定性,通常需要制备高质量的高κ介质层,因此薄膜的制备技术显得格外重要。当前制备高κ材料的主要方法有:PVD、化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE)、ALD,其中ALD技术具有淀积温度低、膜厚控制均匀等优势,在制备高κ材料中具有广泛的应用场景。
 
  1. 原子层沉积技术
  ALD技术也叫原子层外延技术,其基本原理是将前驱气体交替脉冲式进入腔体,在衬底上通过化学反应形成薄膜。通常ALD技术制备薄膜由多个周期循环往复,每个周期包含4个步骤:
  (1)脉冲步骤1(Pulse1):将第一种前驱气体通过惰性气体脉冲式通入腔体内,并在衬底表面形成化学吸附;
  (2)净化步骤1(Purge1):腔体内通入惰性气体,未在衬底表面吸附的多余第一种前驱气体通过惰性气体排出腔体外;
  (3)脉冲步骤2(Pulse2):将第二种前驱气体通过惰性气体脉冲式通入腔体内,并与化学吸附在衬底表面的第一种前驱气体发生反应;
  (4)净化步骤2(Purge2):腔体内通入惰性气体,未在衬底表面吸附的多余第二种前驱气体通过惰性气体排出腔体外。
  可以看出,ALD技术是通过控制生长周期的次数来控制薄膜的厚度、成分,因此具有易控制的特点。表1给出几种常用淀积薄膜方法的比较。
表1 几种常用薄膜生长方法的比较
几种常用薄膜生长方法的比较 
 
  可以看出,ALD技术除了淀积速率较慢外,具有以下优势:
  (1)通过气体化学吸附,衬底能够大面积均匀覆盖薄膜;
  (2)薄膜生长所需的淀积温度低;
  (3)通过控制循环次数来控制膜厚,能够淀积精度较高的薄膜,薄膜厚度越薄,ALD技术优势越明显;
  (4)可以淀积不同元素组份的薄膜,且容易控制。
  本文淀积Al2O3薄膜的设备如图1所示。样品的加热温度为20-350℃,Al2O3折射率可达1.75(@632nm),200℃下生长速率为1A/min。ALD技术制备Al2O3的前驱气体通常是三甲基铝(Al(CH3)3,缩写为TMA)和水蒸气(H2O),其循环过程为:
  (1)通入的第一种前驱气体TMA与Al2O3自带的AlOH*羟基发生反应,生成Al、O、Al(CH3)2
*和CH4气体,反应式如式(1)所示;
AlOH*+Al(CH3)3→Al0-O-Al(CH3)2*+CH4        (1)
  (2)通入的第二种前驱气体H2O与第一步的Al(CH3)2*发生反应形成AlOH*和CH4气体,反应式如式(2)所示;
Al(CH3)*+H2O→AlOH*+CH4        (2)
  (3)通入惰性气体,将CH4气体排除腔体外。
原子层沉积设备T-200A 
图1 原子层沉积设备
 
2. Al2O3作介质层的优势
  人们起初使用SiO2作为介质层,但随着器件特征尺寸越来越小,介质层越来越薄,极易引发隧穿效应形成隧穿电流,因此需要寻找质量较高的高κ材料作为介质层。在GaN基MOS器件中,Al2O3相较于其他介质材料具有以下优势:
  (1)Al2O3材料耐压性好,击穿场强高(10-30MV/cm);
  2)与Si3N4相比,相同厚度下,Al2O3栅极电容特性较好;相同栅电容下,Al2O3介电常数更高,介质层越厚,绝缘性能越好;
  (3)与HfO2相比,Al2O3结晶温度较高,在高温时不易出现晶化现象;
  (4)Al2O3介电常数和禁带宽度均较大,能与GaN表面形成更大能带偏移,降低栅极漏电流;
  (5)Al2O3提高了沟道的电子迁移率和电子饱和速率,提高了器件的输运特性;
  (6)Al2O3为非晶态结构,具有各向异性,不易引发栅极漏电流增大现象。
 

相关阅读

友情链接:澳彩网彩票网  九号彩票网  澳彩网彩票  九号彩票官网  9号彩票开户  9号彩票网  9号彩票  万利彩票  

免责声明: 本站资料及图片来源互联网文章,本网不承担任何由内容信息所引起的争议和法律责任。所有作品版权归原创作者所有,与本站立场无关,如用户分享不慎侵犯了您的权益,请联系我们告知,我们将做删除处理!