英语原文共 2 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
进行mesa-first预钝化的AlGaN/GaN-on-Si异质结场效应晶体管场板的击穿电压增强
B.-R. Park, J.-G. Lee, H.-J. Lee, J. Lim, K.-S. Seo and H.-Y. Cha
在与mesa sidewall直接接触的场板金属的传统的预钝化过程对于AlGaN/GaNon-Si HFETs的早期击穿现象是有关的结论，已经被发现。在两种不同的预钝化过程制造出的AlGaN/GaN-on-Si HFETs场板的击穿电压特性作为场板长度的函数被进行研究。通过使用首先平台预钝化方法，击穿电压被显著增强，这种预钝化的过程可以使场板被钝化层与平台边缘分离开来。
引言：随着高频开关器件在功率变换应用需求的增加，AlGaN/GaN HFETs由于其很有前景的材料特性例如高击穿场强，高载流子密度和高电子迁移率，已经受到了很多的关注。尤其是，AlGaN/GaN-on-Si HFETs由于它在商品化上的成本优势，已经在近期被广泛地研究。在给定沟道长度下，实现高击穿电压的一个通常方法是应用可以抑制栅极高电场的场板结构。在这篇文章中，我们在AlGaN/GaN HFETs场板的平台配置中提出了一个重要的设计理念。
实验与结果:外延结构由：4nm未掺杂GaN的覆盖层，一个20nm未掺杂Al0.23Ga0.77N的屏障，一个1nm spacer，一个1.7mu;m未掺杂GaN的缓冲器和在n-type硅底物上面的未掺杂AlN/AlGaN/GaN的过渡层。分别地，源极到栅极的距离，栅极长度和栅极到漏极的距离是3,2和15mu;m。场板是通常用电的，对于栅极来说，场板在栅极边缘（即场板长度）的延伸是从2到10mu;m变化的。
据此前报告，SiNx预钝化工艺可以防止GaN表面在高温退火时表面被损坏。因为预钝化过程是从表面钝化开始的，在平台区域外的钝化薄层在平台蚀刻过程中被蚀刻掉。结果是，放置在后面的场板金属与平台侧壁直接接触，因此场板在平台边缘扮演栅极的角色而不是扮演场板的角色,这就相应导致不希望看到的过早击穿现象。在这个研究中，要研究的是在AlGaN/GaN-on-Si HFETs场板的击穿特性平台边缘配置中起重要作用的角色，为解决这个问题提出了一个新的过程顺序。
AlGaN/GaN-on-Si HFETs用两种不同的预钝化过程制作。一个是传统预钝化过程（类型一），另一个是先平台的预钝化过程（类型二）。类型一和二间的唯一不同就是工序次序。类型一的工序次序是（a）钝化层沉积，（b）平台蚀刻，（c）欧姆接触，（d）栅极脚和SiNx的蚀刻，（e）场板图形的形成和金属化和（f）二次钝化和pad opening，而类型二是(a)平台蚀刻,(b)钝化层沉积，(c)欧姆接触，(d)栅极脚形成和SiNx蚀刻，(e)场板形成和金属化，和(f)二次钝化和pad opening。最终种类一和种类二的平台边缘结构在Fig.1.中给出了插图。因为平台蚀刻在种类二中在钝化层沉积过程之前就已经完成了，所以钝化层能完全覆盖整个表面而且只有栅极脚被蚀刻掉了。结果就是，在类型二中，场板被钝化层从平台边缘分离出来而在类型一种它是与平台边缘直接接触的。先平台（类型二）的过程的细节如下。用Cl2为基础的感应耦合等离子体的反应离子蚀刻过程用来做平台蚀刻，300nm的SiNx片被放置在350oC用感应耦合等离子体化学汽相淀积(ICPCVD).Si/Ti/Al/Mo/Au金属方案用作欧姆接触，小于0.5Omega;/mm的接触电阻和480-500Omega;/mm的薄层电阻是在790oC30秒和820oC30秒后两步退火之后得到的。在栅极脚地区的SiNx层被用SF6-based低功率RIE过程蚀刻掉，后面的图样加工就是栅极场板。Ni/Pt/Au被蒸发干燥为了栅极和场板的金属化。同样的金属化过程也被应用在欧姆区域的顶部为了去减少电阻。然后额外的一个500nm厚的SiNx片层被放置在190oC下进行感应耦合等离子体化学气相沉淀。最后，在400oC氮气环境下5分钟进行退火过程。
图一 传统预钝化过程和先平台的预钝化过程两种过程的平台边缘结构的比较
A 传统过程
B 先进行平台的过程
Lfp场板长度
击穿电压特性作为类型一和二场板长度的函数在图二中展示出来。击穿电压的行为是场板长度的函数之前就已经被研究并报告出来。根据我们之前的研究，栅极拐角处的电场可以被成功止住甚至在一个很短的场板长度例如2mu;m，而且当电场在栅极拐角处被抑制到一定程度的时候，击穿电压被场板边缘到漏极的距离所控制。显然电场在场板边缘和接近漏极区域会快速减小，超过了在栅极拐角处漏极偏压接近击穿电压的速度。因为场板和栅极电子是共通的,栅极偏压和漏极偏压间的全部电位降大部分都在场板边缘和漏极间。因此，场板板边缘到漏极间距离越短，击穿电压越低。因为栅极到漏极的距离在图二中是固定的，场板边缘到漏极的距离会伴随着长板长度增加而减少，这就导致会有一个更低的击穿电压。不看场板长度的话，与类型一相比较，类型二的方法有更高的击穿电压。但应该注意的是，在类型一中击穿电压会随着场板长度的增加单调增加，而在类型二中击穿电压对长板长度会不那么敏感。因为在类型一中与平台边缘直接接触的场板扮演一个像延长了的栅极的角色，在平台边缘栅极到漏极之间的有效长度随着场板长度的增加而减少。这最终限制了击穿电压没有场板的增益。
图二 击穿电压特性
a 传统的预钝化过程
b 先平台的预钝化过程
三维器件的模拟是用一个商业的器件模拟工具去检验类型一和二情况下，在高漏极偏压下，在平台边缘的电场分配。如图三所示，在平台边缘的电场强度比在类型一中沟道区域高的多，而在类型二中他们没有太大区别。显然，类型一中在平台边缘出现的未期望的高电压对较早的击穿现象是有作用的，而且通过使用先平台的预钝化过程可以被成功止住。
图三 在夹断情况下模拟1000V漏极电压电场的分配
a 传统预钝化过程（类型一）
b 先平台的预钝化过程（类型二）
两种结构场板长度都是2mu;m
结论：在AlGaN/GaN HFETs场板的击穿特性中平台边缘配置扮演了一个重要的角色。为了避免在平台边缘由局部增强电场引起的过早的击穿现象，在平台边缘的电场强度不应该超过在沟道地区的。在这篇论文中提出了简单地变换工序的顺序可以有效地止住在平台边缘的高电场，因此最大化在给定沟道距离下的击穿电压。
鸣谢：这项工作是由由韩国政府资助资金的韩国国家研究基金会支持，教育部国家方案，21世纪前言计划的科学技术，和由韩国国家政府知识经济部资金支持的韩国能源技术评估与规划研究所的发电与电能输送。
copy;工程技术学院 2012
20011年12月2日
doi: 10.1049/el.2011.3778
这篇论文的几个图表在网上可以找到。
B.-R. Park, J.-G. Lee, H.-J. Lee, J. Lim and H.-Y. Cha (School of
Electronic and Electrical Engineering, Hongik University, Seoul,
Republic of Korea)
电子邮件: hcha@hongik.ac.kr
K.-S. Seo (Department of Electrical Engineering, Seoul National
University, Seoul, Republic of Korea)
参考资料
1 Wu, Y.F., Kapolnek, D., Ibbetson, J.P., Parikh, P., Keller, B.P., and
Mishra, U.K.: lsquo;Very-high power density AlGaN/GaN HEMTsrsquo;, IEEE
Trans. Electron Devices, 2001, 48, pp. 586–590
2 Saito, W., Takada, Y., Kuraguchi, M., Tsuda, K., Omura, I., Ogura, T.,
and Ohashi, H.: lsquo;High breakdown voltage AlGaN-GaN power-HEMT
design and high current density switching behaviorrsquo;, IEEE Trans.
Electron Devices, 2003, 50, pp. 2528–2531
3 Karmalkar, S., and Mishra, U.K.: lsquo;Enhancement of breakdown voltage in
AlGaN/GaN high electron mobility transistors using a field platersquo;, IEEE
Trans. Electron Devices, 2001, 48, pp. 1515–1521
4 Xing, H., Dora, Y., Chini, A., Heikman, S., Keller, S., and Mishra, U.K.:
lsquo;High breakdown voltage AlGaN–GaN HEMTs achieved by multiple
field platesrsquo;, IEEE Trans. Electron Devices, 2004, 25, pp. 161–163
5 Wu, Y.F., Saxler, A., Moore, M., Smith, R.P., Sheppard, S., Chavarkar,
P.M., Wisleder, T., Mishra, U.K., and Parikh, P.: lsquo;30-W/mm GaN
HEMT by field plate optimizationrsquo;, IEEE Electron Device Lett., 2004,
25, pp. 117–119
6 Ikeda, N., Kaya, S., Li, J., Kokawa, T., Masuda, M., and Katoh, S.:
lsquo;High-power AlGaN/GaN MIS-HFETs with field-plates on Si
substratesrsquo;. Proc. ISPSD 2009, Barcelona, Spain, 2009, pp. 251–254
7 Her, J.-C., Cho, H.-J., Yoo, C.-S., Cha, H.-Y., Oh, J.-E., and Seo, K.-S.:
lsquo;SiN
x prepassivation of AlGaN/GaN high electron mobility transistors
using remote-mode plasma-enhanced chemical vapour depositionrsquo;,
Jpn. J. Appl. Phys., 2010, 49, p. 041002
8 Lee, H.-J., Lee, J.-G., Park, B.-R., Cho, C.-H., and Cha, H.-Y.:
lsquo;Geometrical effects of field plate structure on high breakdown
voltage AlGaN/GaN-on-Si HEMTsrsquo;. Asian-Pacific Workshop on
Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices,
Daejeon, Korea, June–July 2011
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[24556]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
