Alscn-barrier mocvd의 헴

AlSc43

독일과 네덜란드의 연구원들은 금속 유기 화학 증기 증착 (MOCVD)을 사용하여 알루미늄 스칸듐 질화물 (ALSCN)-배리어 고전기 변형 트랜지스터 (HEMTS) [Christian Manz et al, Semicond. 공상 과학. Technol., Vol36, P034003, 2021]. 이 팀은 또한 팀의 최선의 지식에 따라 이전에 조사 된 적이없는보다 일반적인 질화 질화물 (GAN)의 대안으로 실리콘 질화물 (SINX) 캡 재료를 사용했습니다.

ALSCN과의 작업은 Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität University of Freiburg 및 독일의 Eurofins Materials Science Netherlands 및 Eindhoven University의 MOCVD 성장에 대한 이전 보고서를 구축합니다. 네덜란드의 기술, 독일의 Fraunhofer 재료 및 시스템 소액 구조 연구소 (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news {{3} }items/2019/oct/fhg-iaf {{6} }.shtml ].

장벽으로의 스칸듐 도입은 자발적이고 압전 (변형-의존적) 전하 분극을 증가시켜 GAN 2 차원 전자 가스 (2DEG) 채널의 시트 전하 캐리어 밀도를 최대 5 배가 가능하게합니다. GAN 채널 헴은 전기 자동차 (EV) 및 재생 가능 에너지 전력 취급에서 마이크로파 무선 통신 전력 전송에 이르기까지 고전력, 고전압 및 고주파 응용 분야를 위해 개발 및 배치되고 있습니다.

헤트는 분자 빔 에피 택시 (MBE)-성장 ALSCN 물질로부터 제조되었지만, MOCVD 공정은 대량 생산에 더 널리 적용됩니다. Scandium을 MoCVD에 도입하는 데있어 한 가지 문제는 잠재적 전구체의 증기 압력이 낮다는 것입니다. MoCVD는 캐리어 가스로 사용되는 수소를 사용하여 저압 (40-100 MBAR)에서 수행되었다. 성장 온도는 1000도에서 1200도 사이입니다.

질소 공급원은 암모니아 (NH3)였다. 그룹 -III 금속, 갈륨 및 알루미늄은 트리메틸 (TM-) 유기물에서 나왔습니다. 스칸듐 전구체는 Tris-Cyclopentadienyl-Scandium (CP3SC)이었다. Silane (SIH4)은 SINX 캡에 실리콘을 공급했습니다.

news-1-1

그림 1 : ALSCN 장벽 재료에 대한 MOCVD 체계.

ALSCN 장벽 층의 성장은 다양하게 연속적이고 펄스 된 방법론을 사용했습니다. 펄스 방법은 금속 공급을 5S CP3SC 및 2S TM-AL로 교체하는 것으로 구성되었다.

실험은 일부 실험, 특히 트랜지스터 제조 단계에서 100mm 사파이어 기판과 4H 실리콘 카바이드 (SIC)를 사용했습니다.

헴은 이온-임플란트 장치 분리와 티타늄/알루미늄 옴 소스-드레인 접촉으로 구성되었다. 연구원들에 따르면 SINX 패시베이션은 "저 전류 분산 및 열 안정성"을 가능하게했다. 게이트는 고속 작동을 향상시키기 위해 정전 용량이 낮도록 설계되었습니다.

실리콘 질화물을 사용하여 AL 함유 층의 산화를 피하기 위해 ALSCN 장벽 층을 캡핑 하였다. Algan Transistors에서는 GAN 캡이 종종 사용되지만 ALSCN의 경우 이러한 캡은 성장하기 어려운 것으로 밝혀졌으며, '3D 제도'가 발생하여 ALSCN을 보호하고 통과하는 능력에 부정적인 영향을 미칩니다. ALSCN의 GAN 캡은 SINX의 0.2NM과 비교하여 원자력 현미경 (AFM) 측정에 따르면 1 0 00도에서 성장한 재료에 대해 1.5nm의 뿌리 평균 거칠기를 갖는 것으로 밝혀졌습니다.

헴에 사용 된 물질 (그림 1)은 9.5nm Alscn 배리어 층에서 약 14% SC를 함유 하였다. SINX 캡은 3.4nm였습니다. 성장 온도는 1100도였으며, 전구체의 연속 공급을 사용하여 AlSCN 증착으로 1100도였다. 기판은 4H sic이었다. 3NM SINX 캡을 갖는 5.6nm ALN 배리어 장치 비교도 성장하고 제조되었다.

표 1 : ALSCN- 배리어 및 ALN- 바리어 헴의 전자 수송 특성 비교

news-1016-202

ALSCN 장벽을 갖는 헴은 성능을 달성했습니다 (그림 2) ALN 장벽이있는 장치의 성능과 비교할 수 있습니다 (표 1). 연구원들은 ALSCN HEMT의 성능이 이론적 기대보다 낮다고 지적합니다.

Figure 2: Transfer characteristics for AlScN-barrier HEMT with 0.25μm gate length. Drain bias 7V.

그림 2 : 0. 25μm 게이트 길이를 갖는 Alscn-Barrier Hemt의 전달 특성. 배수 바이어스 7V.

이 팀은 스캐닝 전자 전자 현미경 (STEM), 에너지 분산 X- 선 분광법 (EDX) 및 고도를 사용하여 감지 및 특성화 된 "버퍼 및 장벽에서 금속 원자 Al, GA 및 SC의 심한 개간을 비난합니다. 해상도 X- 선 회절 분석 (HR-XRD). 따라서 장벽은 각각 algascn과 algan이었다. 측정에 따르면 확산이 평균적으로 약 40% GA의 알간 장벽을 초래했음을 시사합니다.

연구자들은“두 샘플에서 더 낮은 이동성의 주요 원인은 열악한 인터페이스 품질과 원자의 개간 일 가능성이 높으며 합금 산란을 유발하는데, 이는 HEMT 이종 구조의 이동성에 영향을 미치는 것으로 알려져있다”고 연구원들은 말한다.

그럼에도 불구하고, 팀은 고전력 및 고주파 응용 프로그램에 대한 결과를 "매우 유망한"것으로보고 있으며, Alscn Hemt는 사내에서 제작 된 RF 응용 프로그램을 위해 설계된 표준 Algan Hemts보다 "이미 우수하다"고 덧붙였다.

원본 출처 : http://www.semiconductor-today.com/news _}}}}}}}}}}} .shtmlhttp://www.semiconductor-today.com/news {5 }} 항목/2021/Feb/Fraunhofer -110221. Shtml