AlGaN/GaN HEMT器件的工艺制备及接触特性研究

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GaN基材料禁带宽度大、电子饱和速率高、击穿电场高并且具有较好的耐腐蚀性、抗辐射性以及较高的热导率,在高频、大功率、辐射、高温条件下拥有巨大的优势。由于AlGaN/GaN HEMT内部存在很强的自发极化和压电极化效应,AlGaN/GaN异质结处可以自发形成高浓度、高电子迁移率的二维电子气,现已成为国内外研究的热点。由于GaN材料禁带宽度较大并且AlGaN/GaN HEMT外延材料为非故意掺杂,这使得形成小的欧姆接触电阻很困难。然而较小的欧姆接触电阻对于大功率、高频等器件起着至关重要的作用。目前对于AlGaN/GaN HEMT器件的重要研究方向之一就是如何获得表面形貌好、接触电阻小、稳定可靠的欧姆接触。本论文主要研究了AlGaN/GaN HEMT器件的关键制备工艺,并着重研究了不同欧姆接触模式对AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触特性的影响。首先,介绍了制备HEMT所用工艺版图的设计思路,并从有源区隔离、欧姆电极制备、栅极制备等方面入手对HEMT工艺制备进行了详细的介绍与分析。其次,为研究不同欧姆接触模式对AlGaN GaN HEMT欧姆接触特性的影响设计了退火炉慢速、多阶段退火的实验方案。实验结果显示:1.有源漏纵向接触孔结构的电极退火时可接受的温度变化范围更大,也就是说当退火温度围绕理想退火温度波动时有源漏纵向接触孔结构的电极更容易形成欧姆接触而且实验数据显示接触电阻也较小。2.有源漏纵向接触孔的欧姆接触模式所需退火时间更短并且实验数据显示短时间的退火可以得到较好的表面形态。3.通过版图设计ICP刻蚀刻蚀出边长不同的方形源漏电极纵向接触孔。实验数据显示刻蚀边长较短的方形源漏电极纵向接触孔结构的源漏电极的欧姆接触电阻较小。由此可推断电极金属没能与二维电子气直接接触,因为如果电极金属与二维电子气直接接触,那么应该是具有边长较长的方形源漏电极纵向接触孔的欧姆接触电阻较小。因为边长较长意味着与二维电子气更大的接触面积,所以电阻应该较小。4.栅极电压较小时,有源漏纵向接触孔的HEMT器件跨导大于无源漏纵向接触孔的HEMT器件跨导。栅极电压较大时,有源漏纵向接触孔的HEMT器件跨导小于无源漏纵向接触孔HEMT器件跨导。最后,对有源漏纵向接触孔的欧姆接触模式进行了优化,研究表明,利用ICP刻蚀源漏电极纵向接触孔,然后在高纯N2中进行合适时间和温度的快速退火有助于减小欧姆接触电阻。
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