蘇州納米所在器件制備、可靠性測試分析和器件制造方面取得重大進展

本期分享的科研成果為蘇州納米所孫錢團隊九月底于功率半導體頂級學術(shù)會議IEEE ISPSD發(fā)布的最新技術(shù)成果，其團隊在器件制備、器件可靠性測試分析和器件制造方面取得重大進展，有助于在高性能MIS（金屬-絕緣體-半導體）、p-GaN regrowth柵增強型GaN高遷移率晶體管（HEMT）的研發(fā)。那么就隨小編一起來看看他們的成果吧~

研究背景

氮化鎵（GaN）是第三代半導體材料中的典型代表，在功率半導體、照明、通信領(lǐng)域以及航空航天等特種應用領(lǐng)域具有廣泛的應用前景和巨大的應用潛力。目前，GaN已在消費電子和汽車電子的充電設(shè)備中得到了廣泛應用，在功率轉(zhuǎn)換電路中應用GaN器件可極大的提高能源利用效率，還可以使手機、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半導體的應用中，為了實現(xiàn)失效安全的增強型（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柵增強型GaN HEMT器件。在實際的器件制備過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)手段無法同時解決這兩大問題。

基于前述科研界和產(chǎn)業(yè)界亟待解決的關(guān)鍵問題基礎(chǔ)上，中科院蘇州納米所孫錢研究團隊經(jīng)過近多年連續(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展，相關(guān)成果發(fā)表于IEEE第32屆功率半導體器件和集成電路國際會議（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，通訊作者為孫錢研究員和周宇副研究員。

基本特性

團隊基于在p-GaN Regrowth器件制備技術(shù)及器件可靠性測試分析技術(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展，以自主創(chuàng)新的MOCVD熱分解自終止技術(shù)手段實現(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，同時柵極界面態(tài)密度減小1-2個數(shù)量級，達到1011eV-1·cm-2，為研制高性能MIS及pGaN柵極增強型器件的研發(fā)及量產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

模型與測試結(jié)果

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

MOCVD熱分解實現(xiàn)

高均勻性低界面態(tài)柵極凹槽結(jié)構(gòu)的過程

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

圖(c)-圖(f)，熱分解自終止驗證：凹槽深度對比；

圖(g)：片上凹槽深度分布統(tǒng)計。

圖(a)電容電壓特性曲線；

圖(b)局域態(tài)密度與凹槽深度曲線

利用變頻CV表征柵極界面態(tài)密度：

無（a）和有（b）MOCVD熱分解條件下

電容電壓特性曲線與電感電壓特性曲線

前景展望

據(jù)悉，本項成果在會議期間引起了會議主席、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)合團隊已有的p-GaN Regrowth器件制備技術(shù)和可靠性測試分析技術(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，小編覺得這會是第三代半導體的進一步的應用與普及過程中的一劑有力的助推劑。

論文全文鏈接：

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

責任編輯：xj

原文標題：科研前線 | 納米所ISPSD會議發(fā)表GaN制備工藝重大研究進展

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