AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件工艺与新结构研究

摘要

随着半导体科技的不断进步，硅基半导体技术取得了几十年来持续的发展，已经成为当今半导体技术中最为成熟的技术，但在功率半导体领域硅基器件正逼近其理论极限，对新型半导体材料器件的研究尤为重要。GaN材料与硅材料相比具有禁带宽度更大、临界击穿电场更高、电子迁移率更大、电子饱和速度更快以及可以在更高温度条件下工作等优点，具有巨大的发掘潜力。因为AlGaN/GaN异质结高浓度的二维电子气的存在，常规的AlGaN/GaN HEMT器件是耗尽型器件，实现增强型器件是GaN器件研究领域中非常重要的一个方向。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了不同器件尺寸和栅槽深度对AlGaN/GaN HEMT器件的影响，以及不同栅槽深度、不同栅介质材料、不同栅介质厚度对AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件的影响。结果显示， HEMT器件的饱和漏电流和跨导随漏源距离、栅长和栅漏距离的增大而减小，阈值电压随栅槽深度的增大而增大。MISHEMT器件阈值电压和跨导随栅凹槽深度的增大而增大，阈值电压随栅介质厚度增大和介电常数的减小而增大，但跨导随栅介质厚度增大和介电常数的减小而减小。⑵研究了干法刻蚀以及湿法刻蚀制备凹槽栅的工艺。通过采用干法刻蚀和热氧化后的湿法腐蚀相结合制备栅槽的方式，制得了具有一定深度且表面均方根粗糙度仅为0.198nm的栅凹槽。还提出了使用栅沉方式实现凹槽栅的新型栅槽制备工艺。⑶通过使用干法刻蚀制备栅槽的工艺，实现了阈值电压为3.2V的增强型凹槽栅MISHEMT器件；使用干法刻蚀和湿法腐蚀相结合制备栅槽工艺，实现了阈值电压为3.5V的增强型MISHEMT器件，并且湿法腐蚀使器件阈值电压回滞从0.7V降低为了0.1V。⑷利用提出的新型栅槽制备工艺，制备了栅沉AlGaN/GaN HEMT新结构器件，实现阈值电压从-4.3V到-3V的调控。

目录

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文主要内容及结构安排

第二章AlGaN/GaN HEMT器件物理

2.1 III族氮化物的自发极化与压电极化

2.2 AlGaN/GaN异质结二维电子气的形成

2.3常规AlGaN/GaN HEMT器件结构及工作原理

2.4实现增强型AlGaN/GaN HEMT的方法

2.5本章小结

第三章AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件的仿真研究

3.1器件尺寸对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响

3.2栅槽深度对AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件的影响

3.3栅介质对AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件的影响

3.4本章小结

第四章AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件的制备工艺

4.1栅槽制备工艺

4.2 AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件制备的其他工艺

4.3 AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件制备的一般工艺流程

4.4本章小结

第五章AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件研制

5.1器件版图设计与晶圆材料

5.2 AlGaN/GaN凹槽栅MISHEMT器件的制备与测试

5.3栅沉AlGaN/GaN HEMT新结构器件的制备与测试

5.4本章小结

第六章全文总结与展望

6.1全文总结

6.2后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果