Hemts de Alscn-Barrier Mocvd
Els investigadors a Alemanya i els Països Baixos han utilitzat deposició de vapor químic orgànica metàl·lica (MOCVD) per crear nitrur d’alumini scandium (ALSCN), transistors d’alta mobilitat d’electrons (HEMTS) [Christian Manz et al, semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. L’equip també va utilitzar el material de tapa de nitrur de silici (SINX) com a alternativa al nitrur de gali més habitual (GAN), que no s’ha investigat mai abans, segons el millor coneixement de l’equip.
El treball amb ALSCN es basa en els informes anteriors sobre el creixement de MOCVD de l'equip de l'Institut Fraunhofer per a la física de l'estat sòlid aplicat (IAF), INATECH-ALBERT-LUDWIGS Universität Freiburg i la Universitat de Freiburg a Alemanya i Eurofins Materials Science Baixos i Eindhoven University de la Universitat de l'Eindhoven de la Universitat de l'Eindhoven Tecnologia als Països Baixos, juntament amb l’Institut Fraunhofer de Microstructura de Materials i Sistemes d’Alemanya (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news {3}items/2019/oct/fhg-iaf {{6] ].
La introducció de scandium a la barrera augmenta la polarització de càrrega espontània i piezoelèctrica (dependent de la soca), que permet fins a 5x la densitat del portador de la fulla al canal de gas d’electrons bidimensionals GaN (2DEG) sobre el qual es basen les HEMT. Les hemts de canal Gan es desenvolupen i es despleguen per a aplicacions d’alta potència, d’alta tensió i d’alta freqüència, que van des del vehicle elèctric (EV) i la manipulació d’energia d’energia renovable, fins a la transmissió d’energia de comunicacions sense fils de microones.
Tot i que les HEMTs s’han fabricat abans de material ALSCN de epitaxi de feix molecular (MBE), els processos MOCVD són més àmpliament aplicables a la producció massiva. Un dels problemes per introduir Scandium a MOCVD és que la pressió de vapor dels precursors potencials és baixa. El MOCVD es va dur a terme a baixa pressió (40-100 mbar) amb hidrogen utilitzat com a gas transportador. La temperatura de creixement oscil·lava entre els 1000 i els 1200 graus.
La font de nitrogen era amoníac (NH3). Els metalls del grup III, el gali i l’alumini provenien d’orgànics trimetil (tm-). El precursor de Scandium va ser Tris-cyclopentadienyl-Scandium (CP3Sc). Silà (SIH4) va subministrar el silici per la tapa sinx.
Figura 1: Esquema MOCVD per al material de barrera ALSCN.
El creixement de la capa de barrera ALSCN va utilitzar metodologies diverses i polsades. El mètode polsat consistia en alternar els subministraments metàl·lics amb 5s CP3Sc i 2S TM-AL.
Els experiments van utilitzar substrats de safir de 100 mm i carbur de silici 4H (SIC) per a alguns experiments, particularment en la fase de fabricació del transistor.
Els HEMTS consistien en contactes de drenatge de titani/alumini ohmic amb un aïllament del dispositiu Ion-Implant. Segons els investigadors, la passivació SINX va permetre "baixa dispersió de corrent i estabilitat tèrmica". La porta va ser dissenyada per ser baixa capacitança, per millorar el funcionament d'alta velocitat.
El nitrur de silici es va utilitzar per captar la capa de barrera ALSCN, per evitar l’oxidació de la capa que conté AL. A Algan Transistors s’utilitza sovint una tapa de GaN, però en el cas d’ALSCN s’han trobat difícils de créixer, donant lloc a “illes 3D”, que afecten negativament la seva capacitat de protegir i passivar l’ALSCN. Es va trobar que els taps de GaN en ALSCN tenien una rugositat quadrada de 1,5nm per a material cultivat a 1 {{6} 00 graus, segons les mesures de microscòpia de força atòmica (AFM), en comparació amb 0,2nm per a SINX.
El material utilitzat per a les hemts (figura 1) contenia al voltant del 14% SC a la capa de barrera ALSCN de 9,5nm. La tapa sinx era de 3,4nm. La temperatura de creixement va ser de 1100 graus, amb la deposició ALSCN mitjançant un subministrament continu dels precursors. El substrat era de 4h sic. També es va cultivar i fabricar un dispositiu de barrera ALN de comparació de 5,6nm amb 3nm SINX CAP.
Taula 1: Comparació de les propietats del transport d’electrons de la barrera ALSCN i les hemts aln-barreres
El HEMT amb la barrera ALSCN va aconseguir el rendiment (figura 2) comparable amb el del dispositiu amb la barrera ALN (taula 1). Els investigadors assenyalen que el rendiment de la Hemt ALSCN està per sota de les expectatives teòriques.
Figura 2: Característiques de transferència de Hemt de barreres ALSCN amb 0. Longitud de la porta de 25 μm. Drain Bias 7V.
L'equip culpa "la intensa interdifusió dels àtoms metàl·lics Al, GA i SC en el tampó i la barrera", que es va detectar i caracteritzar mitjançant microscòpia electrònica de transmissió d'escaneig (STEM), espectroscòpia de raigs X dispersiva energètica (EDX) i alta- Anàlisi de difracció de raigs X de resolució (HR-XRD). Per tant, les barreres eren algascn i algan, respectivament. Les mesures suggereixen que la difusió va donar lloc a una barrera Algan amb un 40% de GA de mitjana.
"La font principal per a la menor mobilitat en ambdues mostres és molt probablement la mala qualitat de la interfície i la interdifusió dels àtoms, provocant una dispersió d'aliatges, que se sap que afecta la mobilitat de les heterostructures de HEMT", escriuen els investigadors.
Tot i així, l’equip considera que els resultats són “molt prometedors” per a aplicacions d’alta potència i d’alta freqüència, i afegeix que l’ALSCN HEMT és “ja superior” a les HEMT estàndard d’Algan dissenyades per a aplicacions de radiofreqüència fabricades a la casa.
Font original: http://www.semiconductor-today.com/news {11 ]items/2021/feb/fraunhofer {3] }} ítems/2021/feb/fraunHofer -110221. shtml