Нестабильность емкости ВФ–характеристик при измерении гетероcтруктур AlGaN/GaN и НЕМТ–транзисторов на их основе

Проведен комплекс исследований частотных зависимостей вольт- фарадных характеристик гетероструктур AlGaN/GaN, а также барьеров Шотки областей затвор—исток и затвор—сток кристаллов AlGaN/GaN/ SiC НЕМТ-транзисторов с целью выяснения причин появления в ряде случаев нестабильности емкости.

Исследованы кристаллы мощных AlGaN/GaN/SiC СВЧ-транзисторов Х-диапазона с длиной затвора 0,25 мкм и гетероструктуры, выращенные МОСVD-эпитаксией. Для уточнения распределения эпитаксиальных слоев по глубине гетероструктур проведен послойный элементный анализ (Al, Ga и Si) методом масс-спектрометрии вторичных ионов. По явление пика возрастания емкости на С—V-характеристиках гетероструктур AlGaN/GaN при низкочастотных измерениях зафиксировано на структурах с частично легированным кремнием барьерным слоем AlGaN и на гетероструктурах с «толстым» верхним слоем i-GaN. Появление аналогичного характерного пика на низких частотах наблюдалось и на С—V-кривых барьеров Шотки систем затвор—сток и затвор— исток ряда НЕМТ-транзисторов.

Проведен анализ изменения сопротивления Rs при измерении на разных частотах и разном напряжении смещения с построением годографа импеданса последовательной RC- цепи. Анализ годографов для ряда исследованных транзисторов показал, что в большинстве случаев появление пика нестабильности на частотах 20—500 кГц связано в большей степени со сквозными токами утечки в барьерном слое, а на частотах 1—20 кГц с генерационно-рекомбинационными центрами в барьерном слое или на границе AlGaN—GaN.

1. Зубков, В. И. Диагностика гетероструктур с квантовыми ямами InxGa1-xAs/GaAs методом вольт-фарадных характеристик: разрыв зон, уровни квантования, волновые функции / В. И. Зубков // Физика и техника полупроводников. - 2007. - Т. 41, вып. 3. - C. 331—337.

2. Солтанович, О. А. Частотные и температурные зависимости вольт-фарадных характеристик светоизлучающих структур InGaN/GaN с множественными квантовыми ямами / О. А. Солтанович, Н. М. Шмидт, Е. Б. Якимов // Физика и техника полупроводников. - 2011. - Т. 45, вып. 2. - C. 226—229.

3. Солтанович, О. А. Анализ температурных зависимостей вольт-фарадных характеристик светоизлучающих структур InGaN/GaN с множественными квантовыми ямами / О. А. Солтанович, Е. Б. Якимов // Физика и техника полупроводников. - 2012. - Т. 46, вып 12. - С. 1597—1603.

4. Liu, W. L. Capacitance-voltage spectroscopy of trapping states in GaN/AlGaN heterostructure field-effect transistors / W.L. Liu, Y. L. Chen, A. A. Balandin, K. L. Wang // J. Nanoelectron. Optoelectron. - 2006. - V. 1, N 2. - P. 258—263. DOI: 10.1166/jno.2006.212

5. Антонова, И. В. Глубокие уровни и электронный транспорт в гетероструктурах AlGaN/GaN / И. В. Антонова, В. И. Поляков, А. И. Руковишников, В. Г. Мансуров, К. С. Журавлев // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т. 42, вып. 1. - С. 53—59.

6. Енишерлова, К. Л. Исследование влияния пассивирующих слоев на емкостные характеристики гетероструктур AlGaN/GaN / К. Л. Енишерлова, В. В. Горячев, Т. Ф. Русак С. А. Капилин // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. - 2015. - Т. 18, № 2. - С. 137—145. DOI: 10.17073/1609-3577-2015-2-137-145

7. Gallium Nitride (GaN): Physics, Devices and Technology / Ed. by F. Medjdoub. - Boca Raton; London; New York: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2014. - 388 p.

8. Subramani, N. K. A Physics based analytical model and numerical simulation for current-voltage characteristics of microwave power AlGaN/GaN HEMT / N. K. Subramani, J.-C. Nallatamby, A. K. Sahoo, R. Sommet, R. Quéré, B. Bindu. URL: https://www.researchgate.net/profile/Nandhakumar_Subramani/publication/312377111_A_Physics_Based_Analytical_Model_and_Numerical_Simulation_for_Current-Voltage_Characteristics_of_Microwave_Power_AlGaNGaN_HEMT/links/587c852808ae4445c06733c0.pdf

9. Брудный, В. Н. Электронные свойства и глубокие ловушки облученного электронами n-GaN / В. Н. Брудный, С. С. Веревкин, А. В. Говорков, В. С. Ермаков, Н. Г. Колин, А. В. Корулин, А. Я. Поляков, Н. Б. Смирнов // Физика и техника полупроводников. - 2012. - Т. 46, вып. 4. - С. 450—456.

10. Поклонский, Н. А. Основы импендансной спектроскопии композитов : курс лекций / Н. А. Поклонский, Н. И. Горбачук.- Минск : БГУ, 2005. - 103 с.

11. Гусев, В. А. Основы диэлектрической спектроскопии: учебное пособие / В. А. Гусев. - Казань : КГУ, 2008. - 112 с.

12. Polyakov, A. Y. Admitance spectra studies of quantum well states in AlGaN/AlN/GaN heterojunctions / A. Y. Polyakov, N. B. Smirnov, A. V. Govorkov, E. A. Kozhukhova, S. J. Pearton, F. Ren, S. Yu. Karpov, K. D. Shchebachev, W. Lim // ECS J. Solid State Sci. Technol. - 2012. - V. 1, N 3.- P. P152—P156. DOI: 10.1149/2.019203jss

13. Комаров, Ф. Ф. Дефекты структуры в ионно-имплантированном кремнии / Ф. Ф. Комаров, А. П. Новиков, В. С. Соловьев, С. Ю. Ширяев. - Мн: Университетское, 1990. - 320 с. (C. 21—47).

14. Polyakov, A. Y. Deep traps responsible for hysteresis in capacitance-voltage characteristics of AlGaN/GaN heterostructure transistors / A. Y. Polyakov, N. B. Smirnov, A. V. Govorkov, A. V. Markov, A. M. Dabiran, A. M. Wowchak, A. V. Osinsky, B. Cui, P. P. Chow, S. J. Pearton // Appl. Phys. Lett. - 2007. - V. 91, iss. 23. - P. 232116-1-3. DOI: 10.1063/1.2823607

15. Бочкарева, Н. И. Влияние состояний на границах раздела на емкость и эффективность электролюминесценции InGaN/ GaN-световодов / Н. И. Бочкарева, Е. А. Жирнов, А. А. Ефремов, Ю. Т. Ребане, Р. И. Горбунов, А. В. Клочков, Д. А. Давринович, Ю. Г. Шретер // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Т. 39, вып. 7. - С. 829—833.

16. Morkoc, H. Handbook of Nitride Semiconductors and Devices. Vol. 1: Materials Properties, Physics and Growth / H. Morkoc. – Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, 2008. - 1311 p. (P. 817—1010). DOI: 10.1002/9783527628438

17. Stradiotto, R. On the fly characterization of charge trapping phenomena at GaN/dielectric and GaN/AlGaN/dielectric interfaces using impedance measurements / R. Stradiotto, G. Pobegen, C. Ostermaier, T. Grasser // 45th European Solid State Device Research Conference (ESSDERC). - Graz (Austria): IEEE, 2015. - P. 72—75. DOI: 10.1109/ESSDERC.2015.7324716