金刚石增强型场效应器件特性研究
发布时间：2020-12-20 22:41
超宽禁带半导体金刚石材料由于其独特的电学特性而非常适用于制备功率器件。金刚石器件大多表现为耗尽型,然而在高功率高频应用领域,增强型器件在简化驱动电路的设计、降低功率损耗,提高电路可靠性等方面更具优势。目前国内外对金刚石增强型器件的报道还较少,且所制备的器件存在导通电阻较大,源漏电流较小等问题。另一方面,减小器件尺寸在理论上可以提高器件的源漏电流、截止频率等特性,但是当沟道长度进入亚微米阶段,短沟道效应的出现将给器件设计和应用带来新的挑战。针对以上问题,本文开展了金刚石增强型场效应器件研究,具体的工作和结论如下:1.基于氢终端多晶金刚石衬底实现了增强型MESFET器件,阈值电压为-0.4 V。带有MoO3钝化层的MESFET的源漏电流达到-51.5 mA/mm,跨导达到19.2 mS/mm,均达到未经钝化处理的MESFET指标的2倍。且带有MoO3层的MESFET表现出更好的温度稳定性。分析钝化栅源二极管得到增强型铝/氢终端金刚石肖特基势垒高度为0.623 eV,有效势垒层厚度为9.7 nm,小的串联电阻使器件的电容频散非常小。这些结果说明Mo...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金刚石禁带宽度随温度的变化图
西安电子科技大学硕士学位论文10图2.1 金刚石表面转移掺杂能带示意图[61]已经向上弯曲，表面出现空穴积累。热平衡状态下，对于理想的 MOS 结构，EF与EFM相等，氧化物中没有电流通过。而当金属上外加变化的负偏压时，金刚石的表面费米能级会被抬高，此时电子将从金刚石体内转移到介质层，金刚石表面的空穴积累将增加，直到金刚石体内和表面的费米能级重新达到平衡。类似的过程，当金属上外加正偏压时，金刚石表面空穴浓度降低。这实现了电压控制电荷的存储，是氢终端金刚石 MOS 电容的工作原理。金刚石绝缘层金属沿虚线画能带图(a) (b)图2.2 氢终端金刚石 MOS 结构（a）立体及（b）平面示意图2.2.2器件结构及工作原理根据 MOS 电容部分的介绍可以看到，氢终端金刚石的表面电导是受垂直于表面的电压控制的。当在 MOS 电容的两端加上加上源极和漏极时
结构及其漂移区最对应的能带如图 2.9 所示。带有部分 C-O 的 C-H 沟道载流子浓度更低。这也是部分氧沟道器件可以实现金刚石增强型器件的重要原因。图2.9 氢氧混合沟道器件的（a）结构示意图及（b）（c）能带图采用氢氧混合沟道制备增强型器件有以下 3 个优点，1）器件具有更高的击穿电压；2）器件的关态电流很小，开关比较高；3）理论上可以通过控制部分 C-O 的状态控制器件的阈值电压。然而这种器件还存在很多不足之处：第一，正如前面所说，带有 C-O 的 C-H 沟道中载流子迁移率降低，浓度减小，这导致这种器件的源漏电流相比于耗尽型器件更小。第二，目前实现部分氧终端的办法并不能精确控制 C-O 的状态，因此很难通过工艺精确控制器件的电学表现。为了解决这个问题，要求必须找到一种新的实现部分 C-O 终端的工艺，可以精确地控制 C-O 的状态
本文编号：2928683
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金刚石禁带宽度随温度的变化图
西安电子科技大学硕士学位论文10图2.1 金刚石表面转移掺杂能带示意图[61]已经向上弯曲，表面出现空穴积累。热平衡状态下，对于理想的 MOS 结构，EF与EFM相等，氧化物中没有电流通过。而当金属上外加变化的负偏压时，金刚石的表面费米能级会被抬高，此时电子将从金刚石体内转移到介质层，金刚石表面的空穴积累将增加，直到金刚石体内和表面的费米能级重新达到平衡。类似的过程，当金属上外加正偏压时，金刚石表面空穴浓度降低。这实现了电压控制电荷的存储，是氢终端金刚石 MOS 电容的工作原理。金刚石绝缘层金属沿虚线画能带图(a) (b)图2.2 氢终端金刚石 MOS 结构（a）立体及（b）平面示意图2.2.2器件结构及工作原理根据 MOS 电容部分的介绍可以看到，氢终端金刚石的表面电导是受垂直于表面的电压控制的。当在 MOS 电容的两端加上加上源极和漏极时
结构及其漂移区最对应的能带如图 2.9 所示。带有部分 C-O 的 C-H 沟道载流子浓度更低。这也是部分氧沟道器件可以实现金刚石增强型器件的重要原因。图2.9 氢氧混合沟道器件的（a）结构示意图及（b）（c）能带图采用氢氧混合沟道制备增强型器件有以下 3 个优点，1）器件具有更高的击穿电压；2）器件的关态电流很小，开关比较高；3）理论上可以通过控制部分 C-O 的状态控制器件的阈值电压。然而这种器件还存在很多不足之处：第一，正如前面所说，带有 C-O 的 C-H 沟道中载流子迁移率降低，浓度减小，这导致这种器件的源漏电流相比于耗尽型器件更小。第二，目前实现部分氧终端的办法并不能精确控制 C-O 的状态，因此很难通过工艺精确控制器件的电学表现。为了解决这个问题，要求必须找到一种新的实现部分 C-O 终端的工艺，可以精确地控制 C-O 的状态
本文编号：2928683
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