蘇州納米所在GaN基功率器件界面控制研究中取得進(jìn)展

　　氮化鎵（GaN）基高電子遷移率晶體管（HEMT）具有高電流密度、高開關(guān)速度和低導(dǎo)通電阻等優(yōu)點，受到人們的廣泛關(guān)注，使得GaN基HEMT器件成為下一代功率器件強有力的競爭者。然而，GaN器件與傳統(tǒng)Si基器件不同，很難通過熱氧化的方法獲得低界面態(tài)密度的絕緣介質(zhì)層。因此，如何降低界面態(tài)密度已經(jīng)成為GaN基器件研究和應(yīng)用的挑戰(zhàn)之一。

　　中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所納米加工平臺研究員張寶順課題組一直致力于高壓大功率GaN基電力電子器件的研究工作。目前，通過自主研發(fā)以及與香港科技大學(xué)教授陳敬課題組進(jìn)行合作，利用LPCVD（低壓化學(xué)氣相沉積）沉積柵介質(zhì)層和表面鈍化層技術(shù)，已經(jīng)實現(xiàn)了低漏電、高耐壓的GaN 基HEMT功率器件，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在IEEE Transactions on Electron Devices和國際會議IEDM上。

　　為了進(jìn)一步降低LPCVD-Si3N4與GaN的界面態(tài)密度，提高器件的性能。張寶順課題組通過對傳統(tǒng)LPCVD系統(tǒng)進(jìn)行改造，在國際上首次提出將原位等離子體處理與傳統(tǒng)LPCVD沉積相結(jié)合來沉積介質(zhì)層，實現(xiàn)在沉積Si3N4薄膜前的原位N2等離子體氮化處理(圖1)，N2等離子體處理不僅可以補償GaN表面的氮空位，還可以減少表面的自然氧化層，從而獲得較低的LPCVD-Si3N4/(Al)GaN界面態(tài)密度，通過這種技術(shù)制作的MIS-HEMTs器件，在掃描柵壓為VG-sweep =24 V時，閾值回滯由原來的7.1 V下降到186 mV，器件的閾值穩(wěn)定性得到明顯提高，如圖2所示。由于界面態(tài)的降低抑制了陷態(tài)對溝道中電子的捕獲，因而改善了器件的動態(tài)特性，在600 V關(guān)態(tài)應(yīng)力下，器件的導(dǎo)通電阻僅僅上升1.18倍（傳統(tǒng)器件為200倍左右），如圖3所示。器件綜合性能處于國際前列，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最新的IEEE Electron Device Letters, 2017,38,236。

　　圖1 (a) 原位氮等離子處理AlGaN/GaN MIS-HEMTs 結(jié)構(gòu)剖面圖；(b) 改造后的LPCVD（低壓氣相沉積）系統(tǒng)示意圖 

　　圖2 （a）經(jīng)過和未經(jīng)過原位N2等離子體處理的MIS-HEMT器件在不同正向掃描柵壓下的閾值回滯；（b）器件正向掃描柵壓和閾值回滯與已報道文獻(xiàn)結(jié)果的比較 

　　圖3 （a）未經(jīng)過原位等離子體處理MIS-HEMT器件的動態(tài)特性；（b）經(jīng)過原位等離子體處理MIS-HEMT器件的動態(tài)特性