HEMTS från ALSCN-BARRIER MOCVD

Forskare i Tyskland och Nederländerna har använt metallorganisk kemisk ångavsättning (MOCVD) för att skapa aluminiumskandiumnitrid (ALSCN) -barrier högelektron-mobilitetstransistorer (HEMT) [Christian Manz et al, Semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Teamet använde också Silicon Nitride (SINX) CAP -material som ett alternativ till den mer vanliga galliumnitriden (GAN), som aldrig har undersökts tidigare, enligt teamets bästa kunskap.

Arbetet med ALSCN bygger på tidigare rapporter om MOCVD-tillväxt från teamet vid Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg och University of Freiburg i Tyskland, och Eurofins Materials Science Nederländerna och Eindhoven universitet i Teknik i Nederländerna, tillsammans med Tysklands Fraunhofer Institute för Microstructure of Materials and Systems (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news'ton ].

Införandet av skandium i barriären ökar spontana och piezoelektriska (stamberoende) laddningspolarisering, vilket möjliggör upp till 5x arkladdningsbärardensitet i GaN tvådimensionell elektrongas (2deg) kanal på vilken HEMT är baserad på. GaN-kanal-HEMT: er utvecklas och distribueras för högkraft, högspännings- och högfrekventa applikationer, allt från elfordon (EV) och hantering av förnybar energi, till mikrovågsugn trådlös överföring av kommunikation.

Även om HEMTS har tillverkats tidigare från molekylär strålepitaxi (MBE) -vuxen ALSCN-material, är MOCVD-processer mer allmänt tillämpliga för massproduktion. Ett problem med att införa skandium i MOCVD är att ångtrycket för de potentiella föregångarna är lågt. MOCVD utfördes vid lågt tryck (40-100 MBAR) med väte som användes som bärgas. Tillväxttemperaturen varierade från 1000 grader till 1200 grader.

Kvävekällan var ammoniak (NH3). Grupp-III-metallerna, gallium och aluminium, kom från trimetyl- (TM-) organiska ämnen. Skandiumprekursorn var Tris-cyklopentadienyl-scandium (CP3SC). Silane (SIH4) levererade kisel för Sinx -locket.

Bild 1: MOCVD -schema för ALSCN -barriärmaterial.

Tillväxten av ALSCN -barriärskiktet använde olika kontinuerliga och pulserade metoder. Den pulserade metoden bestod av att växla metallförsörjningen med 5S CP3SC och 2S TM-AL.

Experimenten använde 100 mm safirsubstrat och 4H kiselkarbid (SIC) för vissa experiment, särskilt vid transistortillverkningsstadiet.

HEMTS bestod av titan/aluminium Ohmic källavfallskontakter med jonimplantatanordning. SINX -passivationen möjliggjorde "låg ström spridning och termisk stabilitet", enligt forskarna. Porten utformades för att vara låg kapacitans för att förbättra höghastighetsdrift.

Kiselnitriden användes för att kapla ALSCN -barriärskiktet för att undvika oxidation av AL -innehållande skiktet. I Algan -transistorer används ofta en GaN -mössa, men i fallet med ALSCN har sådana mössor visat sig vara svåra att växa, vilket resulterar i '3D -öar', vilket påverkar dess förmåga att skydda och passivera ALSCN. GAN-kepsar på ALSCN visade sig ha rot-medel-kvadratisk grovhet på 1,5 nm för material som odlats vid 1 0 00 grad, enligt Atomic Force Microscopy (AFM) mätningar, jämfört med 0,2nm för SINX.

Materialet som användes för HEMTS (figur 1) innehöll cirka 14% SC i ALSCN -barriärlagret 9,5 nm. Sinx Cap var 3,4 Nm. Tillväxttemperaturen var 1100 grader, med ALSCN -avsättningen med användning av kontinuerlig leverans av föregångarna. Substratet var 4H SiC. En jämförelse 5,6 nm ALN -barriäranordning med 3nm Sinx Cap odlades också och tillverkades.

Tabell 1: Jämförelse av elektrontransportegenskaper hos ALSCN-barrier och aln-barrier Hemts

Hemt med ALSCN -barriär uppnådde prestanda (figur 2) jämförbar med den för enheten med ALN -barriär (tabell 1). Forskarna påpekar att prestandan för ALSCN HEMT är under teoretiska förväntningar.

Bild 2: Överför egenskaper för ALSCN-BARRIER HEMT med 0. 25 um grindlängd. Dräneringsförspänning 7V.

Teamet skyller "Tung interdiffusion av metallatomerna AL, GA och SC i bufferten och barriären", som detekterades och karakteriserades med användning av skanningsöverföringselektronmikroskopi (STEM), energidispersiv röntgenspektroskopi (EDX) och hög- Upplösning röntgendiffraktionsanalys (HR-XRD). Barriärerna var därför algascn respektive Algan. Mätningar tyder på att diffusionen resulterade i en Algan -barriär med cirka 40% GA i genomsnitt.

"Den primära källan för den lägre rörligheten i båda proverna är troligen den dåliga gränssnittskvaliteten och atomernas interdiffusion, vilket orsakar legeringspridning, vilket är känt för att påverka rörligheten för Hemt -heterostrukturer," skriver forskarna.

Trots detta ser teamet resultaten som "mycket lovande" för högeffekt och högfrekventa applikationer, och tillägger att ALSCN Hemt är "redan överlägsen" till Standard Algan Hemts designade för RF-applikationer tillverkade internt.

Originalkälla: http://www.semiconductor-today.com/news'tase }} artiklar/2021/feb/fraunhofer -110221. SHTML