氮化镓高电子迁移率晶体管射频微波器件的制备与研究

发布时间：2020-08-08 13:36

【摘要】：氮化镓高电子迁移率晶体管在高频、高功率领域的优良特性使得氮化镓在射频微波器件领域具有广泛的应用市场,因此提高器件的频率特性、输出电流大有所益。文章介绍了氮化镓高电子迁移率晶体管的基本工作原理,基本制备工艺,并分析了工艺对器件性能的影响。氮化镓高电子迁移率晶体管的工艺步骤主要分为隔离区制备、源漏区欧姆接触制备、栅极金属制备、器件钝化、钝化层开孔、器件PAD制备。其中光刻工艺和清洗工艺贯穿到器件制备工艺的每一步,光刻工艺直接影响到工艺图形化转移的精确度,清洗工艺则影响到器件的表面态密度,都十分重要。刻蚀工艺主要用于隔离区制备、钝化层开孔等工艺步骤,快速热退火工艺用于源漏区欧姆接触的制备,工艺中需要精确控制刻蚀的深度和退火的时间和温度。小线宽的栅极制备工艺是器件制备中的关键,由于射频器件的栅长在亚微米、深亚微米甚至纳米级别,传统的紫外光刻由于波长限制无法满足这样的线宽需求,因此栅极制备需要使用电子束光刻来定义栅极图案。电子束光刻胶的厚度与可曝光线宽大小存在折衷关系,因此电子束光刻胶的分辨率、深宽比直接影响到器件的最小栅长和栅金属厚度。为了提高器件性能,可以选用高深宽比、高分辨率的电子束光刻胶,也可以通过制备T栅结构来降低栅电阻,从而降低对栅金属高度的要求。针对电子束光刻胶在金属蒸镀过程中的剥落问题,文中提出了提高金属蒸镀速率和对电子束光刻胶进行氟等离子体处理这两种有效的解决方法。器件的性能与工艺直接相关,文章介绍了栅金属膜层对器件转移特性的影响,并比较了不同尺寸器件的转移特性、阈值电压、输出特性以及频率特性。文章以T型栅器件为例分析了器件的短沟道效应,阈值电压随着栅长的减小而减小,随着源漏电压的升高而下降,这些特性在设计栅长为100nm以下的器件中表现尤为明显,即为短沟道效应。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN386
【图文】：

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图 2-1 GaN HEMT 常开型器件结构示意图 GaN 功率器件，常开型器件不利于节能，安全性也件通常要实现常关型，GaN 功率器件通常阈值电压沟道不导通，当栅极加到一定正偏压时，沟道才会实现常关型器件有以下几种方法。一是氟离子注入造常关型 GaN HEMT 器件，通过在栅极下方的 A陷阱，提高栅区域的有效势垒高度来耗尽二维电子栅漏电流较小，但是阈值电压不够高，且由于氟离不够好。二是常用的槽栅结构，槽栅结构是通过减厚度，从而耗尽栅极下方的二维电子气，而源漏和而槽栅刻蚀对器件造成较大损伤，从而导致大的栅比较困难，难于重复实验，因此槽栅结构常常会搭淀积一层绝缘层来抑制栅漏电流，常用的绝缘层有厚度影响着栅漏电流的大小，需要优化。槽栅 MI击穿电压，以及较高的阈值电压。但是槽栅 MIS H

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 3 章 GaN HEMT 器件工艺制备的基本步骤GaN HEMT 的工艺制备主要会用到表面处理，光刻，刻蚀，金属蒸镀和，等离子体增强化学气相沉积等工艺步骤。在本研究阶段，制备 GaN HE件所使用的都是晶湛半导体有限公司的 Si 基 AlGaN/GaN 外延片。本章将按器件制备的工艺顺序来介绍器件制备的基本流程，其中关键工艺栅极金备及电子束光刻将在第 4 章中详细介绍。GaN HEMT 射频器件基本结构的步骤如图 3-1 所示：

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发生严重的过显影，为保证同一批 EBL 中不同线宽栅极完全显影，适度的过曝光和过显影是必要的。表 4-1 不同线宽的电子束曝光剂量线宽(nm) <50 50-100 >100曝光剂量(μC/cm2)1600 1200 880表 4-2 电子束曝光设计尺寸与实际尺寸对比设计尺寸(nm) 实际尺寸(nm)20 6260 101100 130200 240400 427

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