AlSCN-Barrier MOCVD hems
Saksamaa ja Hollandi teadlased on kasutanud metalli-orgaanilist keemilist aurude ladestumist (MOCVD) alumiiniumist skandiumnitriidi (ALSCN)-Barrier-i kõrge elektronide liikuvuse transistoride (HEMTS) loomiseks [Christian Manz et al, Semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. Võistkonna parimate teadmiste kohaselt kasutas meeskond ka räni nitriidi (SINX) korgi materjali alternatiivina tavalisemale galliumnitriidile (GAN), mida pole kunagi varem uuritud.
Töö ALSCN-iga tugineb varasematele aruannetele Fraunhoferi rakendusliku riigi füüsika instituudi (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburgi ja Freiburgi ülikooli ning Eurofinsi materjaliteaduse Hollandi ja Eindhove'i ülikooli Eindhoveni ülikoolis MOCVD kasvu kohta. Tehnoloogia Hollandis koos Saksamaa Fraunhoferi materjalide ja süsteemide mikrostruktuuri instituudiga (IMWS) [www.seemicunductor-today.com/newsrewsren {3 }Items/2019/oct/fhg-iaf i{6 }.shtml ].
Skandiumi sisestamine barjääri suurendab spontaanset ja piesoelektrilist (tüvest sõltuvat) laengu polarisatsiooni, mis võimaldab kuni 5x lehtlaengu kandja tihedust GAN-i kahemõõtmelises elektrongaasi (2DEG) kanalis, millel HEMTS põhineb. Gan-kanaliga hemdeleid töötatakse välja ja kasutatakse suure võimsusega, kõrgpinge- ja kõrgsageduslike rakenduste jaoks, alates elektrisõidukist (EV) ja taastuvenergia võimsuse käitlemisest kuni mikrolaineahju juhtmevaba kommunikatsiooni jõuülekandeni.
Ehkki HEMT-sid on varem valmistatud molekulaarkiire epitaksia (MBE) kasvanud ALSCN-materjalist, on MOCVD protsessid laiemalt rakendatavad masstootmisel. Üks probleem Skandiumi MOCVD -sse tutvustamisel on see, et potentsiaalsete eellaste aururõhk on madal. MOCVD viidi läbi madalrõhuga (40-100 mbar) koos kandegaasina kasutatud vesinikuga. Kasvutemperatuur oli vahemikus 1000 kraadi kuni 1200 kraadi.
Lämmastikuallikaks oli ammoniaak (NH3). III rühma metallid, gallium ja alumiinium, pärinesid trimetüül- (TM-) orgaanilistest. Skandiumi eelkäijaks oli tris-tsüklopentadienüül-skandium (CP3SC). Silane (SiH4) varustas Sinxi korgi jaoks räni.
Joonis 1: MOCVD skeem ALSCN barjäärmaterjali jaoks.
ALSCN tõkkekihi kasv kasutas erinevalt pidevat ja impulss -metoodikat. Pulsiga meetod koosnes metallitarvete vaheldumisest 5S CP3SC ja 2S TM-A-ga.
Katsetes kasutati mõne katse jaoks 100 mm safiirsubstraate ja 4H räni karbiidi (SIC), eriti transistori valmistamise etapis.
HEMTS koosnes titaani/alumiiniumist OHMIC-i allikakraažist koos ioon-implantaadiseadme eraldamisega. Teadlaste sõnul võimaldas SINX -i passiivsus "madala voolu dispersiooni ja termilise stabiilsuse". Värav oli kavandatud madala mahtuvusega, et parandada kiiret tööd.
AL -i sisaldava kihi oksüdeerimise vältimiseks kasutati Räni nitriidi ALSCN -tõkkekihi korkimiseks. Algani transistorites kasutatakse sageli GAN -i korki, kuid ALSCN -i puhul on leitud, et selliseid korke on keeruline kasvatada, mille tulemuseks on 3D -saared, mis kahjustavad kahjulikult selle võimet kaitsta ja passiivida ALSCN -i. ALSCN-i GAN CAP-de juurevarre karedus on 1,5Nm materjali jaoks, mida kasvatati 1 0 00 kraadi juures, vastavalt aatomjõu mikroskoopia (AFM) mõõtmistele, võrreldes SINX-i puhul 0,2 NM.
HEMT -de jaoks kasutatud materjal (joonis 1) sisaldas 9,5NM ALSCN tõkkekihis umbes 14% SC. Sinxi kork oli 3,4nm. Kasvutemperatuur oli 1100 kraadi, ALSCNi sadestumisel kasutati eelkäijate pidevat varustust. Substraat oli 4h sic. Samuti kasvatati ja valmistati võrdlus 5,6 nm aln -tõkkeseadet, millel oli 3NM SINX -kork.
Tabel 1: ALSCN-Barrieri ja ALN-Barrier HEMT-de elektronide transpordi omaduste võrdlus
ALSCN -tõkkega HEMT saavutas jõudluse (joonis 2), mis on võrreldav ALN -tõkkega seadme omaga (tabel 1). Teadlased juhivad tähelepanu sellele, et ALSCN HEMT jõudlus on allapoole teoreetilisi ootusi.
Joonis 2: ALSCN-Barrier HEMT ülekandeomadused 0. 25 μm värava pikkusega. Tühjendage eelarvamused 7V.
Meeskond süüdistab "metalli aatomite AL, GA ja SC tugevat interdicusions puhvris ja barjääris", mis tuvastati ja iseloomustati skaneeriva ülekandeelektronmikroskoopia (STEM), energiahaiguva röntgenikiirguse spektroskoopia (EDX) ja High-i abil Resolutsiooni röntgendifraktsiooni analüüs (HR-XRD). Seetõttu olid tõkked vastavalt ALGASCN ja ALGAN. Mõõtmised viitavad sellele, et difusiooni tulemuseks oli Algani tõke keskmiselt umbes 40% GA.
"Mõlemas proovides madalama liikuvuse peamine allikas on tõenäoliselt halb liidese kvaliteet ja aatomite interdifusioon, põhjustades sulami hajumist, mis teadaolevalt mõjutab HEMT heterostruktuuride liikuvust," kirjutavad teadlased.
Isegi nii peab meeskond tulemusi suure võimsusega ja kõrgsageduslike rakenduste jaoks "väga paljutõotavaks", lisades, et ALSCN HEMT on "juba parem" tavaliste Algan HEMTS-iga, mis on mõeldud ettevõttesiseselt valmistatud RF-rakenduste jaoks.
Algne allikas: http://www.semiconductor-today.com/News. }} üksused/2021/veebr/Fraunhofer -110221. SHTML