蘇州納米所在器件制備、可靠性測(cè)試分析和器件制造方面取得重大進(jìn)展

本期分享的科研成果為蘇州納米所孫錢(qián)團(tuán)隊(duì)九月底于功率半導(dǎo)體頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議IEEE ISPSD發(fā)布的最新技術(shù)成果，其團(tuán)隊(duì)在器件制備、器件可靠性測(cè)試分析和器件制造方面取得重大進(jìn)展，有助于在高性能MIS（金屬-絕緣體-半導(dǎo)體）、p-GaN regrowth柵增強(qiáng)型GaN高遷移率晶體管（HEMT）的研發(fā)。那么就隨小編一起來(lái)看看他們的成果吧~

研究背景

氮化鎵（GaN）是第三代半導(dǎo)體材料中的典型代表，在功率半導(dǎo)體、照明、通信領(lǐng)域以及航空航天等特種應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的應(yīng)用潛力。目前，GaN已在消費(fèi)電子和汽車(chē)電子的充電設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，在功率轉(zhuǎn)換電路中應(yīng)用GaN器件可極大的提高能源利用效率，還可以使手機(jī)、筆記本等充電器的體積最多縮小80%，極大地減小設(shè)備體積提高集成度和便攜性，例如小編的65W氮化鎵充電器就只有普通65W充電器體積的一半。

在GaN半導(dǎo)體的應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)失效安全的增強(qiáng)型（E-mode）操作，人們廣泛研究了基于凹槽柵結(jié)構(gòu)的MIS柵和p-GaNregrowth柵增強(qiáng)型GaN HEMT器件。在實(shí)際的器件制備過(guò)程中精確控制柵極凹槽刻蝕深度以及減小凹槽界面態(tài)密度將直接影響著器件的閾值電壓均勻性和柵極可靠性，尤其是在大規(guī)模量產(chǎn)中會(huì)直接影響器件的量產(chǎn)良率。然而，到目前為止，利用現(xiàn)有技術(shù)手段無(wú)法同時(shí)解決這兩大問(wèn)題。

基于前述科研界和產(chǎn)業(yè)界亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題基礎(chǔ)上，中科院蘇州納米所孫錢(qián)研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)近多年連續(xù)研發(fā)，利用創(chuàng)新型的技術(shù)手段在柵極凹槽深度高均勻性的精確控制及減小凹槽界面態(tài)密度方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于IEEE第32屆功率半導(dǎo)體器件和集成電路國(guó)際會(huì)議（ISPSD，International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs），在讀博士研究生生蘇帥和鐘耀宗為論文第一作者，通訊作者為孫錢(qián)研究員和周宇副研究員。

基本特性

團(tuán)隊(duì)基于在p-GaN Regrowth器件制備技術(shù)及器件可靠性測(cè)試分析技術(shù)上的研究成果，將外延技術(shù)與器件加工工藝緊密結(jié)合基礎(chǔ)上，利用創(chuàng)新型的技術(shù)手段在柵極凹槽深度高均勻性的精確控制及減小凹槽界面態(tài)密度方面取得重要進(jìn)展，以自主創(chuàng)新的MOCVD熱分解自終止技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了精確可控的柵極凹槽制備，且凹槽深度均勻性大幅提高，同時(shí)柵極界面態(tài)密度減小1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到1011eV-1·cm-2，為研制高性能MIS及pGaN柵極增強(qiáng)型器件的研發(fā)及量產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

模型與測(cè)試結(jié)果

兩種外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)原理圖（結(jié)構(gòu)A與結(jié)構(gòu)B）

MOCVD熱分解實(shí)現(xiàn)

高均勻性低界面態(tài)柵極凹槽結(jié)構(gòu)的過(guò)程

圖(a)、圖(b):無(wú)凹槽區(qū)域(a)與凹槽區(qū)域的原子力顯微鏡形貌圖；

圖(c)-圖(f)，熱分解自終止驗(yàn)證：凹槽深度對(duì)比；

圖(g)：片上凹槽深度分布統(tǒng)計(jì)。

圖(a)電容電壓特性曲線(xiàn)；

圖(b)局域態(tài)密度與凹槽深度曲線(xiàn)

利用變頻CV表征柵極界面態(tài)密度：

無(wú)（a）和有（b）MOCVD熱分解條件下

電容電壓特性曲線(xiàn)與電感電壓特性曲線(xiàn)

前景展望

據(jù)悉，本項(xiàng)成果在會(huì)議期間引起了會(huì)議主席、英飛凌首席技術(shù)官Oliver H?berlen博士的濃厚興趣。此技術(shù)不僅適用于GaN HEMT器件的制備，同時(shí)也適用于基于GaN材料體系的其他器件的制備，以便獲得高度均勻的凹槽深度和極低的界面態(tài)密度，結(jié)合團(tuán)隊(duì)已有的p-GaN Regrowth器件制備技術(shù)和可靠性測(cè)試分析技術(shù)，將能夠極大提高氮化鎵器件的均勻性和可靠性，有望在大規(guī)模量產(chǎn)中提升器件良率，小編覺(jué)得這會(huì)是第三代半導(dǎo)體的進(jìn)一步的應(yīng)用與普及過(guò)程中的一劑有力的助推劑。

論文全文鏈接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/9170199

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：科研前線(xiàn) | 納米所ISPSD會(huì)議發(fā)表GaN制備工藝重大研究進(jìn)展

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