PDF《！＂高电子迁移率晶体管肖特基 高温退火机理研究 ！》

!"高电子迁移率晶体管肖特基 高温退火机理研究! 林若兵! 王欣娟 冯倩王冲张进城 郝跃(西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体技术重点实验室, 西安 "#$$"#) (%$$" 年&月#' 日收到;

%$$" 年#% 月(日收到修改稿) 在不同应力条件下, 研究了 高电子迁移率晶体管高温退火前后的电流崩塌、 栅泄漏电流以及击穿 电压的变化/结果表明, 高电子迁移率晶体管通过肖特基高温退火以后, 器件的特性得到很大的改善/ 利 用电镜扫描 (012) 和3射线光电子能谱 (340) 对高温退火前、 后的肖特基接触界面进行深入分析, 发现器件经过高 温退火后, -5 和)*+,- 层之间介质的去除, 并且 )*+,- 材料表面附近的陷阱减少, 使得肖特基有效势垒提高, 从而 提高器件的电学特性/ 关键词:高电子迁移率晶体管,肖特基接触,界面陷阱 '!((:"67$-,"68$9,"66$ !国家自然科学基金重点项目 (批准号: 8$"68$66) 资助的课题 / ! 1:;

,5*:?5@A*B#%8CD>;

#C 引言高电子迁移率晶体管 (E12F) 由于 具有禁带宽度大、 电子饱和速度高和击穿电场强等 优点, 非常适合应用于高频、 大功率与高温器件 [#] / 目前, 在蓝宝石衬底上的 E12F 器件最 大饱和电流为 ##6$ ;

).

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[%] , 截止频率 !F 可达到 #$" +EG, 最大振荡频率 !;

,H 可达到 #(# +EG [6] ,

3 波 段连续波功率密度达到 6$ I.;

;

[7] / 尽管 )*+,-. +,- E12F 器件在微波大功率特性方面取得很大的 进步, 但是仍然存在两个问题严重阻碍其在微波大 信号领域的发展, 一个是电流崩塌问题, 一个是击穿 电压问题/为了抑制电流崩塌, 通常采用在器件栅、 漏之间淀积钝化层的方法, 但这样会降低击穿电压/ 采用场板 (J4) 结构能大幅度提高器件的击穿电压, 并且抑制电流崩塌效应, 但会降低了器件的工作频 率, 增加工艺复杂度/ 而采用肖特基高温退火, 较好 地抑制了电流崩塌, 极大提高器件的击穿电压, 同时 也提高了器件的频率特性 [(] , 且工艺简单, 有利于提 高器件成品率, 节约制造成本/ 目前关于肖特基退火的报道主要集中在器件的 电流特性上, 而机理的研究报道比较少/ 25=*/(", ->/", U=*V, %$$' ! " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " %$$' LQ5@/4QVO/ 0>D/ 延层, !" #$ 的未掺杂 %&'() 层, *+ 谱测量后计算得 到的 %&'() 层%& 组分为 ,"-

0 1(&& 效 应测量显示, 材料迁移率 ! 和,23' 浓度分别为 4"5! 6$,

789 和4.!/ : 4"4! 6$;

, , 材料方块电阻为 ?5 @A 和退火后的 =>;

3 @A, 肖特基势 垒高度退火后比退火前提高了 =>BC @A*其结果验证 了上面的结论* 图;

退火前、 后肖特基正向 #-" 曲线 6> 结论通过 D89 和EFD 对肖特基退火前、 后的界面附 近元素成分进行分析, 退火后 &+ 的氧化形成 ,-&+) 和&+ 向"#$%& 材料表面扩散形成紧密的接触, 相当 于去除退火前 &+ 与"#$%& 材料之间的介质层;

同时, 由于退火后 $% 向肖特基金属 &+ 的扩散和 "#, $% 在退火后氧化百分比比退火前略微增加, 降低了界 面附近 "#$%& 材料的 "&, 减少辅助电子隧穿势垒的 陷阱*这两原因共同作用, 提高肖特基势垒有效高 = C

6 6 物理学报G! 卷度, 从而提高器件的击穿电压! 通过 !"#""$ 半对数 坐标拟合方法计算出退火前后肖特基势垒高度, 充 分证明器件在退火后肖特基接触具有明显改善!