Оптимизация процесса пассивации при изготовлении СВЧ-транзисторов на основе AlGaN/GaN гетероструктур методом ICP CVD
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2020-2-127-133
Аннотация
Рассмотрено влияние режимов нанесения пассивирующих диэлектрических пленок нитрида кремния SiNx методом плазмохимического осаждения из газовой фазы в индуктивно-связанной плазме (ICP CVD) на параметры транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT) на основе гетероструктур AlGaN/GaN. На основании результатов исследования параметров полученных слоев диэлектрического материала определено влияние RF и ICP мощностей, соотношения потоков рабочих газов на скорость роста пленок и их совершенство, а также их влияние на вольт-амперные характеристики пассивируемых HEMT. Скорость осаждения при увеличении RF мощности практически не менялась, однако при увеличении ICP мощности наблюдался ее рост. При этом крутизна транзистора сильно снижалась с ростом RF мощности, ее максимум достигался при минимальной мощности RF = 1 Вт. В начальный момент роста, даже при невысоких значениях RF мощности (уже при 3 Вт), структура транзистора становилась полностью неработоспособной. Показано, что процесс осаждения диэлектрика для пассивации HEMT необходимо начинать при максимально низких значениях RF мощности. Отработан технологический процесс пассивации AlGaN/GaN СВЧ HEMT, позволяющий осаждать конформные пленки и получать низкие токи сток—исток транзисторов в закрытом состоянии без ухудшения характеристик в открытом состоянии — на уровне не более 15 и 100 мкА соответственно для общей ширины Т-образного затвора 1,25 и 5 мм (Uз = –8 В и Uс-и = 50 В).
Об авторах
А. А. Слепцова
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Россия
Ленинский просп., д. 4, Москва
Слепцова Анастасия Алексеевна — аспирант
С. В. Черных
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»;
АО «НПП «Пульсар»
Россия
Россия
Ленинский просп., д. 4, Москва;
Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187
Черных Сергей Владимирович — ассистент (1), начальник лаборатории (2)
Д. А. Подгорный
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Россия
Ленинский просп., д. 4, Москва
Подгорный Дмитрий Андреевич — канд. физ.-мат. наук, доцент, заместитель заведующего кафедрой Материаловедения полупроводников и диэлектриков
И. А. Жильников
АО «НПП «Пульсар»
Россия
Россия
Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187
Жильников Илья Анатольевич — техник
Список литературы
1. Арендаренко А. А., Орешкин В. А., Свешников Ю. Н., Цыпленков И. Н. Тенденции развития эпитаксиальной технологии нитридных соединений // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2015. Т. 18, № 1. С. 5—15. DOI: 10.17073/1609-3577-2015-1-5-15
2. Sun H., Liu M., Liu P., Lin X., Cui X., Chen J., Chen D. Performance optimization of lateral AlGaN/GaN HEMTs with cap gate on 150-mm silicon substrate // Solid-State Electronics. 2017. V. 130. P. 28—32. DOI: 10.1016/j.sse.2017.01.006
3. Sleptsov E. V., Chernykh A. V., Chernykh S. V., Dorofeev A. A., Gladysheva N. B., Kondakov M. N., Sleptsova A. A., Panichkin A. V., Konovalov M. P., Didenko S. I. Investigation of the thermal annealing effect on electrical properties of Ni/Au, Ni/Mo/Au and Mo/Au Schottky barriers on AlGaN/GaN heterostructures // J. Phys.: Conf. Series. 2017. V. 816. P. 012039. DOI: 10.1088/1742-6596/816/1/012039
4. Kaushik J. K., Balakrishnan V. R., Mongia D., Kumar U., Dayal S., Panwar B. S., Muralidharan R. Investigation of surface related leakage current in AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors // Thin Solid Films. 2016. V. 612. P. 147—152. DOI: 10.1016/j.tsf.2016.06.003
5. Huang H., Sun Z., Cao Y., Li F., Zhang F., Wen Z., Zhang Z., Liang Y. C., Hu L. Investigation of surface traps-induced current collapse phenomenon in AlGaN/GaN high electron mobility transistors with Schottky gate structures // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51, N 34. P. 345102. DOI: 10.1088/1361-6463/aad455
6. Huang H., Liang Yu. C., Samudra G. S., Chang T.-F., Huang C.-F. Effects of gate field plates on the surface state related current collapse in AlGaN/GaN HEMTs // IEEE Transactions On Power Electronics. 2014. V. 29, N 5. P. 2164—2173. DOI: 10.1109/TPEL.2013.2288644
7. Енишерлова К. Л., Медведев Б. К., Темпер Э. М., Корнеев В. И. Влияние технологических факторов на характеристики омических контактов мощных AlGaN/GaN/SiC–HEMT // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2018. Т. 21, № 3. С. 182—193. DOI: 10.17073/1609-3577-2018-3-182-193
8. Абгарян К. К. Задачи оптимизации наноразмерных полупроводниковых гетероструктур // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2016. Т. 19, № 2. С. 108—114. DOI: 10.17073/1609-3577-2016-2-108-114
9. Chander S., Gupta S., Ajay, Gupta M. Enhancement of breakdown voltage in AlGaN/GaN HEMT using passivation technique for microwave application // Superlattices and Microstructures. 2018. V. 120. P. 217—222. DOI: 10.1016/j.spmi.2018.05.039
10. Zhu G., Liang G., Zhou Y., Chen X., Xu X., Feng X., Song A. Reactive evaporation of SiOx films for passivation of GaN high-electronmobility transistors // J. Phys. Chem. Solids. 2019. V. 129. P. 54—60. DOI: 10.1016/j.jpcs.2018.12.021
11. Zhu G., Wang H., Wang Y., Feng X., Song A. Performance enhancement of AlGaN/AlN/GaN high electron mobility transistors by thermally evaporated SiO passivation // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109, N 11. P. 113503. DOI: 10.1063/1.4962894
12. Arulkumaran S., Egawa T., Ishikawa H., Jimbo T., Sano Y. Surface passivation effects on AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors with SiO2, Si3N4, and silicon oxynitride // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84, N 4. P. 613—615. DOI: 10.1063/1.1642276
13. Kim H.-S., Han S.-W., Jang W.-H., Cho C.-H., Seo K.-S., Oh J., Cha H.-Y. Normally-off GaN-on-Si MISFET using PECVD SiON gate dielectric // IEEE Electron Device Lett. 2017. V. 38, Iss. 8. P. 1090—1093. DOI: 10.1109/LED.2017.2720719
14. Karouta F., Krämer M. C. J. C. M., Kwaspen J. J. M., Grzegorczyk A., Hageman P., Hoex B., Kessels W. M. M., Klootwijk J., Timmering E., Smit M. K. influence of the structural and compositional properties of PECVD silicon nitride layers on the passivation of AlGaN/GaN HEMTs // ECS Transactions. 2008. V. 16, N 7. P. 181—191. DOI: 10.1149/1.2983174
15. Сейдман Л. А. Формирование трехмерных структур в подложках карбида кремния плазмохимическим травлением // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2015. Т. 18, № 3. С. 157—171. DOI: 10.17073/1609-3577-2015-3-157-171
16. Lee J. J. Application of inductively coupled plasma to CVD and PVD // Surface & Coatings Technology. 2005. V. 200, Iss. 1–4. P. 31—34. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2005.02.113
17. Dutta G., DasGupta N., DasGupta A. Low-temperature ICP-CVD SiNx as gate dielectric for GaN-based MIS-HEMTs // IEEE Transactions On Electron Devices. 2016. V. 63, Iss. 12. P. 4693—4701. DOI: 10.1109/TED.2016.2618421
18. Lee J. W., Mackenzie K. D., Johnson D., Sasserath J. N., Pearton S. J., Ren F. Low temperature silicon nitride and silicon dioxide film processing by inductively coupled plasma chemical vapor deposition // J. Electrochem. Soc. 2000. V. 147, N. 4. P. 1481—1486. DOI: 10.1149/1.1393382
19. Thomas O. Inductively coupled plasma chemical vapour deposition (ICP-CVD) // Oxford Instruments Plasma Technology. 2010. URL: https://plasma.oxinst.com/campaigns/technology/icpcvd (дата обращения: 24.07.2020)
20. Cho H.-J., Her J.-C., Lee K., Cha H.-Y., Seo K.-S. Low damage SiNx surface passivation using remote ICP-CVD for AlGaN/GaN HEMTs // Extended Abstracts of the 2008 International Conference on Solid State Devices and Materials. Tsukuba (Japan), 2008. P. 504—505.
21. Кондаков М. Н., Черных С. В., Черных А. В., Подгорный Д. А., Гладышева Н. Б., Дорофеев А. А., Диденко С. И., Капров Д. Б., Жукова Т. А. Влияние режимов отжига на электрические параметры, морфологию и микроструктуру омических контактов на основе Mo/Al/Mo/Au к гетероструктурам AlGaN/GaN // Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. 2018. № 2. С. 40—47. URL: http://j.pulsarnpp.ru/images/journal/issues/2018/2_249/kondakov.pdf (дата обращения: 24.07.2020).
22. Gereth R., Scherber W. Properties of ammonia-free nitrogen - Si3N4 films produced at low temperatures // J. Electrochem. Soc. 1972. V. 119, N 9. P. 1248—1254. DOI: 10.1149/1.2404452
23. Han I. K., Lee Y. J., Jo J. W., Lee J. I., Kang K. N. Growth and characterization of silicon-nitride films by plasma-enhanced chemical vapor deposition // Appl. Surf. Sci. 1991. V. 48–49. P. 104—110. DOI: 10.1016/0169-4332(91)90313-9
Рецензия
Для цитирования:
Слепцова А.А., Черных С.В., Подгорный Д.А., Жильников И.А. Оптимизация процесса пассивации при изготовлении СВЧ-транзисторов на основе AlGaN/GaN гетероструктур методом ICP CVD. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2020;23(2):127-133. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2020-2-127-133
For citation:
Sleptsova A.A., Chernykh S.V., Podgorny D.A., Zhilnikov I.A. Optimization of passivation in AlGaN/GaN heterostructure microwave transistor fabrication by ICP CVD. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2020;23(2):127-133. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2020-2-127-133
Просмотров: 558
Послать статью по эл. почте 