Влияние обработки в азотной плазме на электрические параметры гетероструктур AlGaN/GaN

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.

1. Hashizume 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.2017.09.028

2. Васильев А.Г., Колковский Ю.В., Концевой Ю.А. СВЧ-приборы и устройства на широкозонных полупроводниках. М.: Техносфера; 2011. 415 с.

3. 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.46.478

4. Zhang 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.2014.2298255

5. Asubar 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/10.1063/5.0039564

6. Lyons 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/10.1063/5.0041506

7. Enisherlova 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/S102745101504008

8. Берлин Е.В., Григорьев В.Ю., Сейдман Л.А. Индуктивные источники высокоплотной плазмы и их технологические применения. М.: Техносфера; 2018. 461 с.

9. 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.7.2.73293

10. Сейдман 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/10.36815/2073-8250-2020-258-3-22-33

11. Груздов В.В., Колковский Ю.А., Концевой Ю.А. Входной и технологический контроль материалов и структур твердотельной СВЧ электроники. М.: Техносфера; 2017. 93 с.

12. 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.2004.08.046

13. Миннебаев 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/10.36845/2073-8250-2021-260-1-20-33

14. Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь; 1985. 264 с.

15. Куэй Р. Электроника на основе нитрида галлия / пер. с англ. М.: Техносфера; 2011. 587 с.

16. 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/10.1063/1.3658450

17. Braga 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/10.1063/1.1823018

18. Yamaji 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.47.7784

19. Кошкин 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/10.36845/2073-8259-2022-264-1-30-36

20. Сейдман 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/10.36845/2073-8250-2021-261-2-19-28