基于LPCVD-SiNx介质的GaN基器件界面特性研究

发布时间：2018-03-31 05:19

  本文选题：LPCVD-SiNx　切入点：GaN　出处：《西安电子科技大学》2015年硕士论文

【摘要】：本文主要关注基于LPCVD-SiNx介质的GaN基器件界面特性的研究,通过C-V电学测试,结合频率崩塌法、电导法以及Terman法等对GaN基器件界面质量进行定量表征,再辅以I-V测试,以期对GaN基MIS结构、GaN MISHEMT器件中SiNx/GaN界面质量从物理机制方面有一个全面的认识和理解。首先利用Silvaco公司的Atlas仿真器分别对GaN MIS及GaN MISHEMT进行了C-V仿真以及不同栅压偏置下能带的仿真,为器件C-V相关电学行为的物理机理分析提供了科学的理论依据。本论文还系统比较了对GaN基器件界面特性进行定量表征的多种方法。针对GaN MIS结构,采用了频率崩塌法、电导法和Terman法这三种研究方法进行定量表征界面特性参数—界面态密度Dit的提取,而针对GaN MISHEMT器件,由于其具有两个界面不适合使用Terman法,故仅采用了频率崩塌法和电导法。结果发现,频率崩塌法的Dit往往最高,电导法最低,中间是Terman法。各种研究方法或者说界面态提取方法各有利弊,我们需要根据实际的实验条件和实验目的来科学地选择界面态密度提取方法。对先780℃LPCVD生长SiNx介质再分别进行650℃、830℃欧姆合金退火的两种SiNx/GaN MIS结构进行C-V测试和I-V测试。对于C-V测试的研究主要基于频率崩塌法、电导法和Terman法对界面特性的定量表征。三种研究结果都表明,高温退火样品界面态密度要高于低温退火。I-V测试则表明,高温退火样品的电流密度更小,击穿电压更高,并且从Poole-Frenkel陷阱深度提取结果发现,可能与Si悬挂键和Si-H键有关。结合界面态密度结果,提出了界面处Si-H键在高温合金退火过程中释放出H原子,留下更多Si悬挂键,产生更多的界面态,故而具有更高的界面态密度。对先780℃LPCVD生长SiNx介质再进行830℃欧姆合金退火的典型的GaN MISHEMT器件的界面特性进行研究。为定量表征出界面质量,采用频率崩塌法和电导法对界面态密度进行提取。电导法依据栅压偏置不同可以分别表征出SiNx/GaN界面和异质结界面。研究结果表明,电导法提取的Dit要低于频率崩塌法2~3个量级,且半导体表面的Dit比异质结界面处的Dit高了1个量级。最后对GaN MISHEMT进行了基于三个典型的静态偏置点(VGSQ,VDSQ)=(0,0)、(-15V,0)和(-15V,30V)的脉冲I-V测试,界面态陷阱也是影响脉冲I-V特性很重要的因素,这里通过对三个静态偏置点下脉冲I-V输出特性与直流I-V输出特性的对比,进行了基于自热效应和陷阱俘获电子的科学解释,进一步验证了本文基于LPCVD-SiNx介质的GaN MISHEMT器件高质量的SiNx/GaN界面。综上所述,本文对基于LPCVD-SiNx介质的GaN基器件界面特性进行了一系列的基础研究与探索,并取得了一些初步的独创性成果,也对实际的GaN器件的工艺制备和可靠性分析起到了启发性和指导性的作用。
[Abstract]:This paper focuses on the research of GaN based device interface characteristics of LPCVD-SiNx media based on C-V by electrical measurement, combined with frequency collapse method, quantitative characterization of GaN based interface quality conductance method and Terman method, supplemented by the I-V test, in order to GaN based MIS structure, SiNx/GaN interface quality GaN MISHEMT devices from the physical mechanism have a comprehensive understanding and understanding. We use Silvaco's Atlas GaN and GaN MIS respectively on the simulator MISHEMT C-V simulation and simulation under different gate bias band, provides a theoretical basis for the scientific analysis of the physical mechanism for electric device C-V behavior. This paper also compared a variety of methods the quantitative characterization of the interfacial properties of GaN based devices. According to the GaN MIS structure, the frequency of collapse, the three research methods of conductivity and the Terman method for the quantitative characterization of interface 鐗规，

本文编号：1689325