AlGaN/GaN肖特基势垒二极管工艺制备与结构优化
发布时间：2020-12-07 21:42
近些年来,作为第三代半导体代表之一的GaN材料因其在半导体照明和电力电子领域的重要应用价值而成为国内外科研机构和企业的研究热点。AlGaN/GaN异质结肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode,SBD）做为宽禁带半导体器件中的重要成员,凭借其导通电阻低、耐高压、开关速度快、耐高温等优势,逐渐成为电力电子以及微波通信等领域的重点研究对象。本论文对AlGaN/GaN SBD的主要工艺进行了优化;制备了不同电极结构的AlGaN/GaN SBD器件并对其进行测试;建立了带有浮动金属环的AlGaN/GaN SBD模型并进行了器件模拟。论文是在863计划（项目编号2015AA033305）以及国家科技重大专项（No:2017YFB0402800、2017YFB0402803）的支持下完成的,主要研究工作如下:首先,对AlGaN/GaN SBD器件流片过程中的主要工艺步骤进行优化。针对欧姆电极,分析了Ti/Al比例和Ti/Al厚度对比接触电阻率的影响;针对SiO2钝化层,研究了其对AlGaN/GaN SBD器件正向电学特性和反向漏电流的影响;针对肖特基电极...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GaNSBD结构示意图(a)垂直SBD(b)横向SBD(c)台面SBD
- 5 -图 1-3 基于不同半导体材料的器件击穿电压与比导通电阻的理论值与实际值Fig.1-3 Theoretical and practical values of breakdown voltage and specific on-resistanceof devices based on different semiconductor materialsAlGaN/GaN SBD 的优化主要从减小导通电阻、提高击穿电压、提升开关，减小器件损耗等几个方面入手，现阶段器件的导通电阻与击穿电压的实际理论值相差很远。这表明在 AlGaN/GaN SBD 逐渐发展成熟的过程中仍然存大的挑战，要使 AlGaN/GaN SBD 充分发挥优势，还要在以下几方面进行优外延生长方面，高品质的外延片是获得高性能 GaN 基器件的前提。同质 GaN 技术尚处于起步阶段，受技术难点、成品率以及成本的影响尚不能市。目前常用的衬底主要是硅、碳化硅以及蓝宝石，SiC 虽然质量相对较好，制作成本较高；蓝宝石和硅虽然价格较低，但其导热性不如 SiC，并且与 在较大的晶格失配，导致缺陷密度较高，外延片质量难以保证[33]。因此开发较低、晶格匹配、散热性能较好的外延片成为提升器件性能的根本所在。
图 1-2 Si、SiC 和 GaN 的材料特性Fig.1-2 The material properties of Si, SiC and GaN1-3 基于不同半导体材料的器件击穿电压与比导通电阻的理论值与实heoretical and practical values of breakdown voltage and specific on-resistof devices based on different semiconductor materials
【参考文献】：
期刊论文
[1]GaN基半导体新热点:从半导体照明到功率电子器件[J]. 沈波. 光学与光电技术. 2015(01)
[2]Breakdown characteristics of AlGaN/GaN Schottky barrier diodes fabricated on a silicon substrate[J]. 蒋超,陆海,陈敦军,任芳芳,张荣,郑有炓. Chinese Physics B. 2014(09)
[3]肖特基金属对AlGaN/GaN二极管电学特性的影响[J]. 邱旭,吕元杰,王丽. 半导体技术. 2014(09)
[4]GaN基SBD功率器件研究进展[J]. 李迪,贾利芳,何志,樊中朝,王晓东,杨富华. 微纳电子技术. 2014(05)
[5]第3代半导体电力电子功率器件和产业发展趋势[J]. 何志. 新材料产业. 2014(03)
[6]电子束辐照对GaN基LED发光性能的影响[J]. 于莉媛,牛萍娟,邢海英,侯莎. 发光学报. 2012(08)
[7]宽禁带半导体电力电子器件研发新进展[J]. 陈治明. 电力电子技术. 2009(11)
[8]氮化镓干法刻蚀研究进展[J]. 王冲,郝跃,冯倩,郭亮良. 半导体技术. 2006(06)
[9]Cl2/Ar/BCl3感应耦合等离子体GaN/Al0.28Ga0.72N的非选择性刻蚀[J]. 韩彦军,薛松,吴桐,吴震,郭文平,罗毅,郝智彪,孙长征. 中国科学E辑:技术科学. 2004(03)
[10]GaN基材料及其在短波光电器件领域的应用[J]. 顾彪,王三胜,徐茵,秦福文,窦宝锋,常久伟,邓祥,杨大智. 高技术通讯. 2002(03)
硕士论文
[1]Si基GaN横向功率二极管新结构研究[D]. 靳旸.电子科技大学 2016
[2]GaN基欧姆接触及AlGaN/GaN HEMT器件研究[D]. 陆珏.西安电子科技大学 2007
本文编号：2903941
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GaNSBD结构示意图(a)垂直SBD(b)横向SBD(c)台面SBD
- 5 -图 1-3 基于不同半导体材料的器件击穿电压与比导通电阻的理论值与实际值Fig.1-3 Theoretical and practical values of breakdown voltage and specific on-resistanceof devices based on different semiconductor materialsAlGaN/GaN SBD 的优化主要从减小导通电阻、提高击穿电压、提升开关，减小器件损耗等几个方面入手，现阶段器件的导通电阻与击穿电压的实际理论值相差很远。这表明在 AlGaN/GaN SBD 逐渐发展成熟的过程中仍然存大的挑战，要使 AlGaN/GaN SBD 充分发挥优势，还要在以下几方面进行优外延生长方面，高品质的外延片是获得高性能 GaN 基器件的前提。同质 GaN 技术尚处于起步阶段，受技术难点、成品率以及成本的影响尚不能市。目前常用的衬底主要是硅、碳化硅以及蓝宝石，SiC 虽然质量相对较好，制作成本较高；蓝宝石和硅虽然价格较低，但其导热性不如 SiC，并且与 在较大的晶格失配，导致缺陷密度较高，外延片质量难以保证[33]。因此开发较低、晶格匹配、散热性能较好的外延片成为提升器件性能的根本所在。
图 1-2 Si、SiC 和 GaN 的材料特性Fig.1-2 The material properties of Si, SiC and GaN1-3 基于不同半导体材料的器件击穿电压与比导通电阻的理论值与实heoretical and practical values of breakdown voltage and specific on-resistof devices based on different semiconductor materials
【参考文献】：
期刊论文
[1]GaN基半导体新热点:从半导体照明到功率电子器件[J]. 沈波. 光学与光电技术. 2015(01)
[2]Breakdown characteristics of AlGaN/GaN Schottky barrier diodes fabricated on a silicon substrate[J]. 蒋超,陆海,陈敦军,任芳芳,张荣,郑有炓. Chinese Physics B. 2014(09)
[3]肖特基金属对AlGaN/GaN二极管电学特性的影响[J]. 邱旭,吕元杰,王丽. 半导体技术. 2014(09)
[4]GaN基SBD功率器件研究进展[J]. 李迪,贾利芳,何志,樊中朝,王晓东,杨富华. 微纳电子技术. 2014(05)
[5]第3代半导体电力电子功率器件和产业发展趋势[J]. 何志. 新材料产业. 2014(03)
[6]电子束辐照对GaN基LED发光性能的影响[J]. 于莉媛,牛萍娟,邢海英,侯莎. 发光学报. 2012(08)
[7]宽禁带半导体电力电子器件研发新进展[J]. 陈治明. 电力电子技术. 2009(11)
[8]氮化镓干法刻蚀研究进展[J]. 王冲,郝跃,冯倩,郭亮良. 半导体技术. 2006(06)
[9]Cl2/Ar/BCl3感应耦合等离子体GaN/Al0.28Ga0.72N的非选择性刻蚀[J]. 韩彦军,薛松,吴桐,吴震,郭文平,罗毅,郝智彪,孙长征. 中国科学E辑:技术科学. 2004(03)
[10]GaN基材料及其在短波光电器件领域的应用[J]. 顾彪,王三胜,徐茵,秦福文,窦宝锋,常久伟,邓祥,杨大智. 高技术通讯. 2002(03)
硕士论文
[1]Si基GaN横向功率二极管新结构研究[D]. 靳旸.电子科技大学 2016
[2]GaN基欧姆接触及AlGaN/GaN HEMT器件研究[D]. 陆珏.西安电子科技大学 2007
本文编号：2903941
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