基于LPCVD-SiNx介質(zhì)的GaN基器件界面特性研究.pdf

1、本文主要關(guān)注基于LPCVD-SiNx介質(zhì)的GaN基器件界面特性的研究，通過(guò)C-V電學(xué)測(cè)試，結(jié)合頻率崩塌法、電導(dǎo)法以及Terman法等對(duì)GaN基器件界面質(zhì)量進(jìn)行定量表征，再輔以I-V測(cè)試，以期對(duì)GaN基MIS結(jié)構(gòu)、GaN MISHEMT器件中SiNx/GaN界面質(zhì)量從物理機(jī)制方面有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和理解。
　　首先利用Silvaco公司的Atlas仿真器分別對(duì)GaN MIS及GaN MISHEMT進(jìn)行了C-V仿真以及不同柵壓偏置下能帶

2、的仿真，為器件 C-V相關(guān)電學(xué)行為的物理機(jī)理分析提供了科學(xué)的理論依據(jù)。
　　本論文還系統(tǒng)比較了對(duì) GaN基器件界面特性進(jìn)行定量表征的多種方法。針對(duì)GaN MIS結(jié)構(gòu)，采用了頻率崩塌法、電導(dǎo)法和Terman法這三種研究方法進(jìn)行定量表征界面特性參數(shù)—界面態(tài)密度Dit的提取，而針對(duì)GaN MISHEMT器件，由于其具有兩個(gè)界面不適合使用Terman法，故僅采用了頻率崩塌法和電導(dǎo)法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，頻率崩塌法的Dit往往最高，電導(dǎo)法最低，中間是

3、Terman法。各種研究方法或者說(shuō)界面態(tài)提取方法各有利弊，我們需要根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩?lái)科學(xué)地選擇界面態(tài)密度提取方法。
　　對(duì)先780℃ LPCVD生長(zhǎng)SiNx介質(zhì)再分別進(jìn)行650℃、830℃歐姆合金退火的兩種SiNx/GaN MIS結(jié)構(gòu)進(jìn)行C-V測(cè)試和I-V測(cè)試。對(duì)于C-V測(cè)試的研究主要基于頻率崩塌法、電導(dǎo)法和Terman法對(duì)界面特性的定量表征。三種研究結(jié)果都表明，高溫退火樣品界面態(tài)密度要高于低溫退火。I-V測(cè)試則表明，

4、高溫退火樣品的電流密度更小，擊穿電壓更高，并且從Poole-Frenkel陷阱深度提取結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可能與Si懸掛鍵和Si-H鍵有關(guān)。結(jié)合界面態(tài)密度結(jié)果，提出了界面處 Si-H鍵在高溫合金退火過(guò)程中釋放出H原子，留下更多Si懸掛鍵，產(chǎn)生更多的界面態(tài)，故而具有更高的界面態(tài)密度。
　　對(duì)先780℃ LPCVD生長(zhǎng) SiNx介質(zhì)再進(jìn)行830℃歐姆合金退火的典型的GaN MISHEMT器件的界面特性進(jìn)行研究。為定量表征出界面質(zhì)量，采用頻率崩塌

5、法和電導(dǎo)法對(duì)界面態(tài)密度進(jìn)行提取。電導(dǎo)法依據(jù)柵壓偏置不同可以分別表征出SiNx/GaN界面和異質(zhì)結(jié)界面。研究結(jié)果表明，電導(dǎo)法提取的Dit要低于頻率崩塌法2~3個(gè)量級(jí)，且半導(dǎo)體表面的Dit比異質(zhì)結(jié)界面處的Dit高了1個(gè)量級(jí)。最后對(duì)GaN MISHEMT進(jìn)行了基于三個(gè)典型的靜態(tài)偏置點(diǎn)(VGSQ,VDSQ)=(0,0)、(-15V,0)和(-15V,30V)的脈沖 I-V測(cè)試，界面態(tài)陷阱也是影響脈沖I-V特性很重要的因素，這里通過(guò)對(duì)三個(gè)靜態(tài)偏置