mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2022-3-227-237mateltech-491Research ArticleЭпитаксиальные слои и многослойные композицииEPITAXIAL LAYERS AND MULTILAYERED COMPOSITIONSВлияние обработки в азотной плазме на электрические параметры гетероструктур AlGaN/GaNEffect of treatment in nitrogen plasma on the electrical parameters of AlGaN/GaN heterostructuresЕнишерловаК. Л.ЕnisherlovaK. L.

Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187

Енишерлова Кира Львовна — доктор техн. наук, начальник лаборатории

27 Okruzhnoy Passage, Moscow 105187

Kira L. Еnisherlova — Dr. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory

enisherlova@pulsarnpp.ruСейдманЛ. А.SeidmanL. A.

Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187

Сейдман Лев Александрович — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник

27 Okruzhnoy Passage, Moscow 105187

Lev A. Seidman — Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher

seid@yandex.ruБоголюбоваС. Ю.BogolyubovaS. Yu.

Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187

Боголюбова Светлана Юрьевна — инженер 1 категории

27 Okruzhnoy Passage, Moscow 105187

Svetlana Yu. Bogolyubova — 1st Category Engineer

enisherlova@pulsarnpp.ruАО «НПП «Пульсар»РоссияJSC “S&PE “Pulsar”Russian Federation202228092022253227237Copyright © Енишерлова К.Л., Сейдман Л.А., Боголюбова С.Ю., 20222022Енишерлова К.Л., Сейдман Л.А., Боголюбова С.Ю.Еnisherlova K.L., Seidman L.A., Bogolyubova S.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/491

В работе исследовалось влияния глубоких уровней, образующихся на границе раздела SiON/AlGaN при воздействии азотной плазмы в процессе осаждения пленки SiОN, на электрические параметры структур SiОN/АlGaN/GaN. Проведены измерения концентрации и подвижности свободных носителей в 2DEG и емкостных параметров структур. Экспериментально установлено, что кратковременное воздействие азотной плазмы (25 и 50 с) не меняет концентрацию сводных носителей в 2DЕG, но приводит к уменьшению величины их подвижности. Рассчитана величина заряда, который может образоваться на границе SiON/AlGaN. С помощью С–V-измерений экспериментально показано, как изменяется заряд в системе SiОN/АlGaN/GaN в процессе одного цикла измерений при разных диапазонах напряжения. На основе рассмотрения зонных диаграмм системы предложены возможные объяснения процессов перераспределения заряда в анализируемой системе при определенных воздействиях.

In this work, the influence of deep levels formed at the SiON/AlGaN interface under the nitrogen plasma action during the deposition of a SiON film on the electrical parameters of SiON/AlGaN/GaN structures were studied. The concentration and mobility of free carriers in 2DEG and the capacitance parameters of the structures were measured. It has been experimentally established that short-term action of nitrogen plasma (25 and 50 sec.) does not change the concentration of free carriers in 2DEG, but leads to a decrease in their mobility. The value of the charge that can form at the SiON/AlGaN interface has been calculated. With the help of C–V measurements, it was experimentally shown how the charge in the SiON/AlGaN/GaN system changes during one measurement cycle at different voltage ranges. Based on the consideration of the energy band diagrams of the system, possible explanations for the charge redistribution processes in the analyzed system under certain actions are proposed.

НЕМТ-приборыколлапсдисперсияглубокие уровниточечные дефекты плотность и подвижность свободных носителейзонные диаграммыполяризационный зарядHEMT devicescollapsedispersiondeep levelspoint defectsdensity and mobility of free carriersband diagramspolarization chargeАвторы выражают благодарность за обсуждение результатов В.Г. Горячеву и Э.М. Темперhe authors are grateful for the discussion of the results of V.G. Goryachev and E.M. Temper.ReferencesHashizume T., Nishiguchi K., Kaneki S., Kuzmik J., Yatabe Z. State of the art on gate insulation and surface passivation for GaN-based power HEMTs. Materials Science in Semiconductor Processing. 2018; 78: 85—95. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2017.09.028Hashizume T., Nishiguchi K., Kaneki S., Kuzmik J., Yatabe Z. State of the art on gate insulation and surface passivation for GaN-based power HEMTs. Materials Science in Semiconductor Processing. 2018; 78: 85—95. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2017.09.028Васильев А.Г., Колковский Ю.В., Концевой Ю.А. СВЧ-приборы и устройства на широкозонных полупроводниках. М.: Техносфера; 2011. 415 с.Vasil’ev A.G., Kolkovskii Yu.V., Kontsevoi Yu.A. Microwave devices and devices based on wide-gap semiconductors. Moscow: Tekhnosfera; 2011. 215 p. (In Russ.)Chan C.Y., Lee T.C., Hsu S.S., Chen L., Lin Y.S. Impacts of gate recess and passivation on AlGaN/GaN high electron mobility transistors. Japanese Journal of Applied Physics. 2007; 46(2R): 478. https://doi.org/10.1143/JJAP.46.478Chan C.Y., Lee T.C., Hsu S.S., Chen L., Lin Y.S. Impacts of gate recess and passivation on AlGaN/GaN high electron mobility transistors. Japanese Journal of Applied Physics. 2007; 46(2R): 478. https://doi.org/10.1143/JJAP.46.478Zhang A., Zhang L., Tang Z., Cheng X., Wang Y., Chen K.J., Chan M. Analytical modeling of capacitances for GaN HEMTs, including parasitic components. IEEE Transactions on Electron Devices. 2014; 61(3): 755—761. https://doi.org/10.1109/TED.2014.2298255Zhang A., Zhang L., Tang Z., Cheng X., Wang Y., Chen K.J., Chan M. Analytical modeling of capacitances for GaN HEMTs, including parasitic components. IEEE Transactions on Electron Devices. 2014; 61(3): 755—761. https://doi.org/10.1109/TED.2014.2298255Asubar J.T., Yatabe Z., Gregusova D., Hashizume T. Controlling surface/interface states in GaN-based transistors: surface model, insulated gate, and surface passivation. Journal of Applied Physics. 2021; 129(12): 121102. https://doi.org/10.1063/5.0039564Asubar J.T., Yatabe Z., Gregusova D., Hashizume T. Controlling surface/interface states in GaN-based transistors: surface model, insulated gate, and surface passivation. Journal of Applied Physics. 2021; 129(12): 121102. https://doi.org/10.1063/5.0039564Lyons J.L., Wickramaratne D., Van de Walle C.G. A first-principles understanding of point defects and impurities in GaN. Journal of Applied Physics. 2021; 129(11): 111101. https://doi.org/10.1063/5.0041506Lyons J.L., Wickramaratne D., Van de Walle C.G. A first-principles understanding of point defects and impurities in GaN. Journal of Applied Physics. 2021; 129(11): 111101. https://doi.org/10.1063/5.0041506Enisherlova K.L., Kulikauskas V.S., Seidman L.A., Pishchagin V.V., Konovalov A.M., Korneev V.I. Plasma-chemical treatment effect observed during the fabrication of AlGaN/GaN devices. Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2015; 9(4): 684—693. https://doi.org/10.1134/S102745101504008Enisherlova K.L., Kulikauskas V.S., Seidman L.A., Pishchagin V.V., Konovalov A.M., Korneev V.I. Plasma-chemical treatment effect observed during the fabrication of AlGaN/GaN devices. Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2015; 9(4): 684—693. https://doi.org/10.1134/S102745101504008Берлин Е.В., Григорьев В.Ю., Сейдман Л.А. Индуктивные источники высокоплотной плазмы и их технологические применения. М.: Техносфера; 2018. 461 с.Berlin E.V., Grigor’ev V.Yu., Seidman L.A. Inductive sources of high-density plasma and their technological applications. Moscow: Tekhnosfera; 2018. 461 р. (In Russ.)Enisherlova K.L., Seidman L.A., Temper E.M., Kontsevoy Y.A. Effect of PECVD SiNx deposition process parameters on electrical properties of SiNx/AlGaN/GaN structures. Modern Electronic Materials. 2021; 7(2): 63—72. https://doi.org/10.3897/j. moem.7.2.73293Enisherlova K.L., Seidman L.A., Temper E.M., Kontsevoy Y.A. Effect of PECVD SiNx deposition process parameters on electrical properties of SiNx/AlGaN/GaN structures. Modern Electronic Materials. 2021; 7(2): 63—72. https://doi.org/10.3897/j. moem.7.2.73293Сейдман Л.А., Концевой Ю.А., Енишерлова К.Л., Миннебаев С.В. Пленки SiNx, полученные методом PECVD, в качестве пассивации AlGaN/GaN HEMT. Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. 2020; (3(258)): 22—33. https://doi.org/10.36815/2073-8250-2020-258-3-22-33Seydman L.A., Kontsevoy Yu.A., Enisherlova K.L., Minnebaev S.V. PECVD obtained SiNx films for the passivation of AlGaN/GaN HEMT. Elektronnaya Tekhnika. Seriya 2: Poluprovodnikovye Pribory. 2020; (3(258)): 22—33. (In Russ.). https://doi.org/10.36815/2073-8250-2020-258-3-22-33Груздов В.В., Колковский Ю.А., Концевой Ю.А. Входной и технологический контроль материалов и структур твердотельной СВЧ электроники. М.: Техносфера; 2017. 93 с.Gruzdov V.V., Kolkovskii Yu.A., Kontsevoi Yu.A. Input and process control of materials and structures of solid-state microwave electronics. Moscow: Tekhnosfera; 2017. 93 р. (In Russ.)Nguyen D., Hogan K., Blew A., Cordes M. Improved process control, lowered costs and reduced risks through the use of non-destructive mobility and sheet carrier density measurements on GaAs and GaN wafers. Journal of Crystal Growth. 2004; 272(1-4): 59—64. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.08.046Nguyen D., Hogan K., Blew A., Cordes M. Improved process control, lowered costs and reduced risks through the use of non-destructive mobility and sheet carrier density measurements on GaAs and GaN wafers. Journal of Crystal Growth. 2004; 272(1-4): 59—64. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.08.046Миннебаев С.В., Сейдман Л.А. Результаты воздействия предварительной обработки ионами плазмы азота гетероструктур AlGaN/GaN перед осаждением на них защитного покрытия SiNx методом PEСVD. Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. 2021; (1(260)): 20—33. https://doi.org/10.36845/2073-8250-2021-260-1-20-33Minnebaev S.V., Seidman L.A. Effects of the preliminary nitrogen plasma ion treatment on the PECVD SiNx passivation of AlGaN/GaN heterostructures. Elektronnaya Tekhnika. Seriya 2: Poluprovodnikovye Pribory. 2021; (1(260)): 20—33. (In Russ.). https://doi.org/10.36845/2073-8250-2021-260-1-20-33Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь; 1985. 264 с.Batavin V.V., Kontsevoi Yu.A., Fedorovich Yu.V. Measurement of parameters of semiconductor materials and structures. Moscow: Radio i svyaz’; 1985. 264 p. (In Russ.)Куэй Р. Электроника на основе нитрида галлия / пер. с англ. М.: Техносфера; 2011. 587 с.Quay R. Gallium nitride electronics. Springer Science & Business Media; 2008. 470 p. (Russ. Transl.: Kuei R. Elektronika na osnove nitrida galliya. Moscow: Tekhnosfera; 2011. 587 p.)Ganguly S., Verma J., Li G., Zimmermann T., Xing H., Jena D. Presence and origin of interface charges at atomic-layer deposited Al2O3/III-nitride heterojunctions. Applied Physics Letters. 2011; 99(19): 193504. https://doi.org/10.1063/1.3658450Ganguly S., Verma J., Li G., Zimmermann T., Xing H., Jena D. Presence and origin of interface charges at atomic-layer deposited Al2O3/III-nitride heterojunctions. Applied Physics Letters. 2011; 99(19): 193504. https://doi.org/10.1063/1.3658450Braga N., Mickevicius R., Gaska R., Shur M.S., Khan M.A., Simin G. Simulation of gate lag and current collapse in gallium nitride field-effect transistors. Applied Physics Letters. 2004; 85(20): 4780—4782. https://doi.org/10.1063/1.1823018Braga N., Mickevicius R., Gaska R., Shur M.S., Khan M.A., Simin G. Simulation of gate lag and current collapse in gallium nitride field-effect transistors. Applied Physics Letters. 2004; 85(20): 4780—4782. https://doi.org/10.1063/1.1823018Yamaji K., Noborio M., Suda J., Kimoto T. Improvement of channel mobility in inversion-type n-channel GaN metal–oxide–semiconductor field-effect transistor by high-temperature annealing. Japanese Journal of Applied Physics. 2008; 47(10R): 7784. https://doi.org/10.1143/JJAP.47.7784Yamaji K., Noborio M., Suda J., Kimoto T. Improvement of channel mobility in inversion-type n-channel GaN metal–oxide–semiconductor field-effect transistor by high-temperature annealing. Japanese Journal of Applied Physics. 2008; 47(10R): 7784. https://doi.org/10.1143/JJAP.47.7784Кошкин А.В., Миннебаев С.В., Сейдман Л.А. Особенности измерения слоевого сопротивления на установке LEI-1610. Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. 2022; (1(264)): 30—36. https://doi.org/10.36845/2073-8259-2022-264-1-30-36Koshkin A.V., Minnebaev S.V., Seidman L.A. Features of measuring laser resistance on the facility LEI-1610. Elektronnaya Tekhnika. Seriya 2: Poluprovodnikovye Pribory. 2022; (1(264)): 30—36. (In Russ.). https://doi.org/10.36845/2073-8259-2022-264-1-30-36Сейдман Л.А. Влияния подачи ВЧ смещения на подложку AlGaN/GaN в процессе плазмохимического осаждения защитного покрытия SiNx. Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. 2021; (2(261)): 19—28. https://doi.org/10.36845/2073-8250-2021-261-2-19-28Seydman L.A. Effect of RF biasing applied to AlGaN/GaN substrate during a plasma-enchanced chemical vapour deposition of SINX FI. Elektronnaya Tekhnika. Seriya 2: Poluprovodnikovye Pribory. 2021; (2(261)): 19—28. (In Russ.). https://doi.org/10.36845/2073-8250-2021-261-2-19-28

The authors declare that there are no conflicts of interest present.