基于双肖特基接触GaN薄膜特性参数测试新方法

提出了一种GaN薄膜电学参量测试新方法.该方法基于双肖特基结二极管结构,利用非对称的电极图形获取整流特性,从而省去了复杂的欧姆接触形成工艺,可方便地导出电子电导迁移率和肖特基接触理想因子等特征参数.对残留载流子浓度为7×1016 cm-3 的非故意掺杂GaN薄膜进行了试验,新方法得到Ni/Au-GaN肖特基接触的理想因子为2.8,GaN薄膜方块电阻为491Ω和电子电导迁移率为606cm2/(V·s).这些典型参数与利用欧姆接触实验和普通Ni/Au-GaN肖特基二极管测试所得结果较为吻合.该方法为半导体薄膜测试提供了新思路,可推广用于难以形成良好线性欧姆接触或材料特性受欧姆接触工艺影响较大的外延材料及其金半接触的监测研究.     

选区外延生长半极性GaN材料上的肖特基接触特性

半极性GaN材料的研究在光电器件和电子器件领域有重要意义.采用选区外延生长技术在Si衬底上生长半极性GaN材料,并制备肖特基势垒二极管(SBD).通过测量SBD在不同温度下的Ⅰ-Ⅴ特性曲线,观察到电流的大小随着温度的增加而增加,且受反向偏压影响,证明半极性GaN基SBD的电流传输机制为热电子场发射模型.光致发光光谱和X射线光电子能谱测试进一步表明,相比极性c面GaN材料,半极性GaN材料表面存在较高的氧杂质原子浓度和氮空位,此为半极性GaN肖特基特性偏离热电子发射模型的主要因素.     

调制掺杂AlGaN/GaN异质结上的Pt肖特基接触

研究了调制掺杂 Alx Ga1 - x N/Ga N表面 Pt肖特基接触的制备工艺 ,并对其进行了 I-V测量。通过改变对样品表面的处理工艺 ,研究了表面处理对调制掺杂 Alx Ga1 - x N/Ga N表面 Pt肖特基结接触特性的影响 ,在 n型掺杂浓度为 7.5× 1 0 1 7cm- 3的 Al0 .2 2 Ga0 .78N样品表面 ,制备得到了势垒高度为 0 .94e V、理想因子为 1 .4的 Pt肖特基接触。这与国外报道的结果接近 (=1 .2 e V,n=1 .1 1 [1 ] )     

Pt/n-GaN肖特基接触的退火行为

在金属有机物气相外延 (MOVPE)方法生长的非故意掺杂的n GaN上用Pt制成了肖特基接触 ,并在 2 5 0～6 5 0℃范围内对该接触进行退火 .通过实验发现 ,Pt与非故意掺杂n GaN外延薄膜可以形成较好的肖特基接触 ,而适当的退火温度可以有效地改善Pt/n GaN肖特基接触的性质 .在该实验条件下 ,40 0℃温度下退火后的Pt/n GaN肖特基接触 ,势垒高度最大 ,理想因子最小 .在 6 0 0℃以上温度退火后 ,该接触特性受到破坏 ,SEM显示在该温度下 ,Pt已经在GaN表面凝聚成球 ,表面形成孔洞.     

Pt/n-GaN肖特基接触的退火行为

在金属有机物气相外延(MOVPE)方法生长的非故意掺杂的n-GaN上用Pt制成了肖特基接触,并在250～650℃范围内对该接触进行退火.通过实验发现,Pt与非故意掺杂n-GaN外延薄膜可以形成较好的肖特基接触,而适当的退火温度可以有效地改善Pt/n-GaN肖特基接触的性质.在该实验条件下,400℃温度下退火后的Pt/n-GaN肖特基接触,势垒高度最大,理想因子最小.在600℃以上温度退火后,该接触特性受到破坏,SEM显示在该温度下,Pt已经在GaN表面凝聚成球,表面形成孔洞.     

高性能A1GaN/GaN HEMT的肖特基特性

研究了AIGaN/GaN HEMT制备中相关工艺对器件肖特基特性的影响,并对工艺进行了优化.首先研究了表面处理对器件肖特基势垒特性的影响,对不同的表面处理方法进行了比较,发现采用氧等离子体处理,并用V(HF):V(H2O)=1:5溶液清洗刻蚀后的表面,可以有效减小表面态密度,未经处理的样品肖特基接触理想因子为2.6,处理后理想因子减小到1.8.对SiN钝化膜的折射率与肖特基特性的关系进行了研究,发现SiN钝化膜的折射率为2.3～2.4时,钝化对肖特基特性的影响较小,但反向泄漏电流较大.     

高性能AlGaN/GaN HEMT的肖特基特性

研究了Al GaN/GaN HEMT制备中相关工艺对器件肖特基特性的影响,并对工艺进行了优化。首先研究了表面处理对器件肖特基势垒特性的影响,对不同的表面处理方法进行了比较,发现采用氧等离子体处理,并用V(HF)∶V(H2O)=1∶5溶液清洗刻蚀后的表面,可以有效减小表面态密度,未经处理的样品肖特基接触理想因子为2.6,处理后理想因子减小到1.8。对Si N钝化膜的折射率与肖特基特性的关系进行了研究,发现Si N钝化膜的折射率为2.3～2.4时,钝化对肖特基特性的影响较小,但反向泄漏电流较大。     

GaN基肖特基器件中的反常电容特性

研究了测试频率为0.3～1.5MHz时GaN基肖特基器件的电容特性.实验发现,在Au/i-GaN肖特基器件的电容-电压(C-V)特性曲线中,出现了峰和负值电容,而Au/i-Al0.45Ga0.55N肖特基器件的C-V特性曲线中则既没有峰也没有负值电容的出现.对肖特基器件的电流-电压(I-V)特性和C-V特性进行参数提取和分析后认为,负值电容和峰的出现源于界面态的俘获和损耗,但较大的串联电阻将减弱界面态的作用.     

AlGaN/GaN背对背肖特基二极管氢气传感器

通过溅射的方法制作了Pt/AlGaN/GaN背对背肖特基二极管并测试了该器件对氢气的响应.研究了Pt/AlGaN/GaN背对背肖特基二极管在25和100℃时对于10%H2(N2气中)的响应,计算了器件的灵敏度;并比较了两种温度条件下器件对于氢气响应的快慢;空气中的氧气对于器件电流的恢复有重要的作用;最后由热电子发射公式计算了器件在通入10%的氢气前后有效势垒高度的变化.     

AlGaN/GaN背对背肖特基二极管氢气传感器

通过溅射的方法制作了Pt/AlGaN/GaN背对背肖特基二极管并测试了该器件对氢气的响应.研究了Pt/AlGaN/GaN背对背肖特基二极管在25和100℃时对于10%H2(N2气中)的响应,计算了器件的灵敏度;并比较了两种温度条件下器件对于氢气响应的快慢;空气中的氧气对于器件电流的恢复有重要的作用;最后由热电子发射公式计算了器件在通入10%的氢气前后有效势垒高度的变化.     

高阻GaN薄膜电阻率测量

建立了绝缘电阻大于1013Ω和温度起伏小于0.1℃的高阻GaN薄膜电阻率装置,并简述了其测量电阻率的原理.研究了环境温度、湿度、漏电流、数据读取时间、测量电压、样品尺寸等因素对电阻率与迁移率的影响,并讨论了各种因素所引起的测量误差.     

高阻GaN薄膜电阻率测量

建立了绝缘电阻大于1013Ω和温度起伏小于0.1℃的高阻GaN薄膜电阻率装置,并简述了其测量电阻率的原理.研究了环境温度、湿度、漏电流、数据读取时间、测量电压、样品尺寸等因素对电阻率与迁移率的影响,并讨论了各种因素所引起的测量误差.     

GaN的极性特征、测量及应用

GaN在(0001)方向是一种极性极强的半导体材料,它具有极强的表面特征,是目前发现的最好的压电材料,而GaN的极性呈现出体材料的特征,它的测量要用一些特殊的方法,它的不同特征也给我们提供了广泛的应用前景.总结了到目前为止国外这一方面的研究结果.     

Enhancement of the Schottky Barrier Height using a Nitrogen-Rich Tungsten Nitride Thin Film for the Schottky Contacts on AlGaN/GaN Heterostructures

Tungsten, stoichiometric W₂N, and nitrogen-rich W₂N films were used as Schottky contacts on AlGaN/GaN heterostructures. The nitrogen content in the film was controlled by varying the nitrogen-to-argon gas flow ratio during the reactive sputter deposition. The diode with the nitrogen-rich film exhibited a higher Schottky barrier height and the leakage current was comparable to that of the Ni/Au Schottky contact. Analysis suggested that this was due to the increase of the tungsten nitride work function as the result of higher nitrogen incorporation. Furthermore, after 600°C thermal annealing, the diode was stable and showed no change in the leakage current.     

Plasma Treatment for Leakage Reduction in AlGaN/GaN and GaN Schottky Contacts

It has been found that the reverse leakage current of AlGaN/GaN Schottky contacts can be significantly reduced by a CF₄ plasma treatment prior to the Schottky metal evaporation. The data of electrical characterization suggest that the leakage reduction is related to the modification of the semiconductor surface by plasma treatment. The leakage reduction effect was also observed in GaN Schottky contacts. Capacitance-voltage characterization of the GaN Schottky contacts indicates that the Schottky barrier height was slightly increased by the plasma treatment. A two-step surface treatment procedure, consisting of a BCI₃ plasma treatment followed by a brief CF₄ plasma treatment, has been developed as an efficient approach to reduce the reverse leakage of the Schottky contacts, while avoiding side effects related to the CF₄ plasma.     

截止频率0.8 THz的GaN肖特基二极管及其设计

通过设计圆形阳极以及相同面积不同周长的指形阳极,研究了不同阳极周长面积比对太赫兹频段内GaN肖特基二极管串联电阻的影响.在阳极面积分别为7.1、12.6、19.6μm2时,采用圆形阳极的二极管串联电阻分别为14、11、6Ω.相同面积下采用指形阳极的二极管串联电阻分别为6.0、4.4、3.3Ω,截止频率达804、753、...     

GaN HEMT器件热特性的电学测试法

基于JEDEC颁布的结到壳热阻瞬态热测试界面法,对测试GaN HEMT器件热特性的电学法进行了研究.通过合理的测试电路设计,有效解决了GaN HEMT器件电学法测试中的栅极保护问题和自激问题,实现了GaN HEMT器件的界面热阻测量.根据测得的热阻-热容结构函数曲线可知,GaN HEMT器件结到壳热阻主要由金锡焊接工艺和管壳热特性决定.结合结构函数分析,对金锡焊接部分热阻和管壳热阻进行排序可剔除有工艺缺陷的器件.与红外热成像法的结温测试结果进行对比分析,证实了电学法测试结果的准确性.     

Design of edge termination for GaN power Schottky diodes

The GaN Schottky diodes capable of operating in the 300–700-V range with low turn-on voltage (0.7 V) and forward conduction currents of at least 10 A at 1.4 V (with corresponding forward current density of 500 A/cm²) are attractive for applications ranging from power distribution in electric/hybrid electric vehicles to power management in spacecraft and geothermal, deep-well drilling telemetry. A key requirement is the need for edge-termination design to prevent premature breakdown because of field crowding at the edge of the depletion region. We describe the simulation of structures incorporating various kinds of edge termination, including dielectric overlap and ion-implanted guard rings. Dielectric overlap using 5-μm termination of 0.1–0.2-μm-thick SiO₂ increases the breakdown voltage of quasi-vertical diodes with 3-μm GaN epi thickness by a factor of ∼2.7. The use of even one p-type guard ring produces about the same benefit as the optimized dielectric overlap termination.