技术荟 | 硅基生长氮化镓器件的新方法?

时间:2021-05-23作者:佚名

  什么是电流崩塌效应?

  电流崩塌效应是GaN器件漏极电压超过一定值时, 随着漏极电压的增加,电流开始下降,不能达到理想值的效应。

  导读

  近日,美国研究人员发现了在200mm绝缘硅基衬底(SOI)上生长氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)的新方法,该研究团队的主要成员来自于IBM T. J. Watson 研发中心、麻省理工大学(MIT)、Veeco公司以及哥伦比亚大学。他们希望在未来能够将此GaN异质结构生长技术运用到互补金属氧化物半导体晶体管(CMOS)中。

  GaN的材料优势

  硅材料CMOS器件由于硅本身的特性,并不适合用于高压大功率电子设备中,比如光伏逆变器、电动汽车充电桩和直流转换。然而,GaN因其拥有较高的禁带,能够提供更高功率以及更好的性能表现。因此,采用GaN材料的CMOS、HEMT器件能够更好的胜任这些应用。

  硅衬底的结构及生长过程

  如图1所示,对于新的器件结构,研究人员首先采用750μm的硅(111)作为衬底,然后在其上生长145nm氧化层(SiO2)以及80nm的硅(100)层。通常,晶向为(111)的硅材料主要用于生长GaN,而硅(100)主要用于CMOS器件的应用。

  其次,研究人员将硅(100)表面进行表面氧化,在表面形成40nm的氧化层(图1(a))。这样的结构更适合生长14nm工艺的CMOS。

  然后研究人员在硅(111)表面蚀刻面积为200μmx200μm的区域作为GaN生长区域(图1(b))。

  图1 MOCVD生长的硅(111)以及硅(100)横截面:(a)CVD-SiO2层生长,(b)蚀刻硅(111)表面,(c)Si3N4隔离层,(d)干法蚀刻移除部分Si3N4,(e)生长AlGaN/GaN HEMT,(f)通过化学机械抛光去除CVD-SiO2层

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