HEMTS de ALSCN-BARRIER MOCVD
Des chercheurs en Allemagne et aux Pays-Bas ont utilisé le dépôt de vapeur chimique biologique métal-organique (MOCVD) pour créer des transistors en aluminium au scandium nitrure (ALSCN)-Carrier à haute teneur en matière d'électrons (HEMTS) [Christian Manz et al, semi-paralaire. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. L'équipe a également utilisé le matériel de capuche de nitrure de silicium (SINX) comme alternative au nitrure de gallium plus habituel (GAN), qui n'a jamais été étudié auparavant, selon la meilleure connaissance de l'équipe.
Les travaux avec ALSCN s'appuient sur les rapports précédents sur la croissance du MOCVD de l'équipe du Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF), INATECH-ALBERT-FLUDWIGS Universität Freiburg, et l'Université de Freiburg en Allemagne, et Eurofins Materials Science Netherlands et Eindhoven University of Freiburg Technologie aux Pays-Bas, ainsi que le Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems) [IMWS) [www.semiconductor-today.com/news {3} ].
L'introduction du scandium dans la barrière augmente la polarisation de charge spontanée et piézoélectrique (dépendant de la souche), ce qui permet jusqu'à 5 fois la densité de porte-porte-feuille dans le canal d'électrons bidimensionnel GAn (2deg) sur lequel les hémans sont basés. Les Hemts à canal Gan sont en cours d'élaboration et de déployés pour des applications de haute puissance, à haute tension et haute fréquence, allant de la gestion de la puissance des véhicules électriques (EV) et de l'énergie renouvelable à la transmission de puissance de communication sans fil micro-ondes.
Bien que Hemts ait été fabriqué auparavant à partir du matériau ALSCN cultivé par le faisceau moléculaire (MBE), les processus MOCVD sont plus largement applicables à la production de masse. Un problème avec l'introduction du scandium dans le MOCVD est que la pression de vapeur des précurseurs potentiels est faible. Le MOCVD a été réalisé à basse pression (40-100} mbar) avec de l'hydrogène utilisé comme gaz porteur. La température de croissance variait de 1000 degrés à 1200 degrés.
La source d'azote était de l'ammoniac (NH3). Les métaux du groupe III, le gallium et l'aluminium, provenaient de bières triméthyl- (TM). Le précurseur de scandium était le tris-cyclopentadiényl-excandium (CP3SC). Silane (SIH4) a fourni le silicium pour le capuchon de Sinx.
Figure 1: Schéma MOCVD pour le matériau de barrière ALSCN.
La croissance de la couche de barrière ALSCN a utilisé des méthodologies diversement continues et pulsées. La méthode pulsée consistait à alterner les fournitures en métal avec 5s CP3SC et 2S TM-Al.
Les expériences ont utilisé des substrats de saphir 100 mm et du carbure de silicium 4H (SIC) pour certaines expériences, en particulier au stade de fabrication du transistor.
Le HEMTS était composé de contacts de drain source ohmique titane / aluminium avec l'isolement du dispositif d'ions-implant. La passivation Sinx a permis une «dispersion de courant faible et stabilité thermique», selon les chercheurs. La porte a été conçue pour être une faible capacité, pour améliorer le fonctionnement à grande vitesse.
Le nitrure de silicium a été utilisé pour plafonner la couche de barrière ALSCN, pour éviter l'oxydation de la couche contenant d'Al. Dans les transistors ALGAN, un capuchon de GaN est souvent utilisé, mais dans le cas de l'ALSCN, de tels plafonds se sont révélés difficiles à cultiver, ce qui a entraîné des `` îles 3D '', ce qui a un impact négatif sur sa capacité à protéger et à passer l'ALSCN. Les CAP GaN sur ALSCN se sont avérés avoir une rugosité carré de la racine de 1,5 Nm pour le matériau cultivé à 1 0 00, selon les mesures de microscopie à force atomique (AFM), par rapport à 0,2 nm pour SINX.
Le matériau utilisé pour le HEMTS (figure 1) contenait environ 14% de SC dans la couche de barrière ALSCN à 9,5 nm. Le capuchon Sinx était de 3,4 nm. La température de croissance était de 1100 degrés, le dépôt ALSCN utilisant l'offre continue des précurseurs. Le substrat était 4h sic. Un dispositif de barrière ALN de comparaison avec 5 nm avec un capuchon Sinx 3NM a également été cultivé et fabriqué.
Tableau 1: Comparaison des propriétés de transport d'électrons de la barrière alscn et de la barrière Aln Hemts
Le HEMT avec une barrière ALSCN a atteint des performances (figure 2) comparable à celle de l'appareil avec barrière ALN (tableau 1). Les chercheurs soulignent que les performances de l'ALSCN HEMT sont inférieures aux attentes théoriques.
Figure 2: Caractéristiques de transfert pour l'HEMT de la barrière alscn avec 0. Longueur de la porte de 25 μm. Biais de vidange 7V.
L'équipe blâme "une interdiffusion lourde des atomes métalliques AL, GA et SC dans le tampon et la barrière", qui a été détecté et caractérisé à l'aide de la microscopie électronique à transmission de balayage (STEM), de spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX) et élevée Résolution Analyse de diffraction des rayons X (HR-XRD). Les barrières étaient donc respectivement Algascn et Algan. Les mesures suggèrent que la diffusion a abouti à une barrière algan avec environ 40% GA en moyenne.
"La principale source de mobilité plus faible dans les deux échantillons est très probablement la mauvaise qualité de l'interface et l'interdiffusion des atomes, provoquant une diffusion en alliage, qui est connue pour affecter la mobilité des hétérostructures HEMT", écrivent les chercheurs.
Malgré cela, l'équipe considère les résultats comme "très prometteurs" pour les applications de haute puissance et à haute fréquence, ajoutant que l'ALSCN HEMT est "déjà supérieur" à des Hemts Algan standard conçus pour les applications RF fabriquées en interne.
Source d'origine: http://www.semiconductor-today.com/news {1}yitems/2021/feb/fraunhofer {{3 atoday..shtmlhttp://www.semidiductor-today.com/news {5 }} éléments / 2021 / février / Fraunhofer -110221. Shtml