AlGaN/GaN开关器件关键技术的研究
发布时间：2020-12-30 03:23
基于AlGaN/GaN异质结的肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode,SBD)和高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)开关器件具有耐压高、导通阻值低、开关频率高、系统效率高、耐高温、抗辐射等优势,成为了射频微波、电力电子等领域的重要研究对象。本论文主要研究了AlGaN/GaN SBD和HEMT器件的制备过程中的关键工艺条件对器件性能的影响,并在优化后的工艺参数的基础上对器件进行制备研究与测试分析。本论文是在863计划项目(编号2015AA033305)的支持下完成的,主要研究内容如下:1.制备了霍尔测试样片,并采用霍尔测试仪对实验所用外延片的特性参数进行了测量;分析并优化了外延片的湿法化学腐蚀条件,在优化后的条件下腐蚀外延片,通过统计不同大小腐蚀坑的数量得到外延片的位错密度,进而判断外延片的质量。2.实验对器件制备的关键工艺步骤进行了单步的优化。例如,针对ICP刻蚀台面有源区过程中出现糊胶、粗糙度问题,本文分布提出改进掩膜条件、使用先快后慢的结合刻蚀方法,有效缓解了掩膜需求和表面形貌等问题;在欧姆电极制...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氮化物同其它半导体材料禁带宽度与晶体常数的关系
图 1-2 氮化物同其它半导体材料频率与功率范围[3]The frequencies and power range of nitride and other semiconduct国内外研究进展GaN SBD 具有耐压高、导通电阻低、开关频率快、系有利于降低器件功率损失和提高转换效率。肖特基势导通工作的器件，相比于 PN 结开关二极管，没有少存储效应的存在，由开关频率特性所决定的工作切换率损耗低，能够实现提升效率以及降低功耗，有效节的 AlGaN/GaN SBD 已成为目前国内外科研团队的研材料肖特基二极管的研究过程中，早期对氮化镓体材多，随着异质结外延技术的成熟，以及对异质结结构异质结肖特基二极管的研究日趋成熟。国际上的主流延质量和器件结构来提升器件性能，其发展概况如下
器件的表面帽层结构，除了对器件反向漏电的具有抑制作用，还可有效缓解反向特性的恶化。2016 年，台湾科研团队[23]研究了凹槽阳极、阳极刻蚀区刻蚀粗糙度对器件特性的影响，通过优化刻蚀表面条件，可达到同时减小漏电流和提高击穿电压，实现 0.73V 的开启电压，且采取场板结构实现击穿电压达到 2070V。南京电子器件研究所是国内最早开展 AlGaN/GaN 异质结特性和 AlGaN/GaN 微波功率 HEMT 研究的单位之一，在 GaN 功率电子器件领域已经开展了大量工作，在蓝宝石衬底 GaN 材料上研制了耐压大于 1000V 的耗尽型 AlGaN/GaN HEMT器件。近年来， AlGaN/GaN SBD 器件的研究发现取得了很大进展，但性能参数还远低于理论值，为进一步提升 AlGaN/GaN SBD 在功率电子开关领域的应用，还需要优化提升 SBD 器件的性能，如提高器件击穿电压，降低器件漏电流、开启电压和导通电阻等。对 GaN 器件已有的研究取得了很大的进展，但器件的实际性能与其理论极限值还相差很大，如图 1-3 所示[24]。目前，GaN 基 SBD 的应用范围较小，只有少量的器件应用于军工方面，为促进与推广 GaN 基 SBD 的大范围应用，还需解决以下问题：
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]高耐压Si基GaN功率电子器件[J]. 管邦虎,孔岑,耿习娇,陆海燕,倪金玉,周建军,孔月婵,冯军,陈堂胜. 固体电子学研究与进展. 2013(06)
[3]Electric field modulation technique for high-voltage AlGaN/GaN Schottky barrier diodes[J]. 汤岑,谢刚,张丽,郭清,汪涛,盛况. Chinese Physics B. 2013(10)
[4]Analysis of the ohmic contacts of Ti/Al/Ni/Au to AlGaN/GaN HEMTs by the multi-step annealing process[J]. 颜伟,张仁平,杜彦东,韩伟华,杨富华. 半导体学报. 2012(06)
[5]GaN电感耦合等离子体刻蚀的优化和损伤分析[J]. 滕龙,于治国,杨濛,张荣,谢自力,刘斌,陈鹏,韩平,郑有炓,施毅. 微纳电子技术. 2012(03)
[6]最大振荡频率为200GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT(英文)[J]. 刘果果,魏珂,黄俊,刘新宇,牛洁斌. 红外与毫米波学报. 2011(04)
[7]高击穿电压AlGaN/GaN HEMT电力开关器件研究进展[J]. 张明兰,杨瑞霞,王晓亮,胡国新,高志. 半导体技术. 2010(05)
[8]AlGaN/GaN异质结Ni/Au肖特基表面处理及退火研究[J]. 王冲,冯倩,郝跃,万辉. 物理学报. 2006(11)
[9]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)
[10]对GaN薄膜不同腐蚀方法的腐蚀坑的研究(英文)[J]. 陆敏,常昕,方慧智,杨志坚,杨华,黎子兰,任谦,张国义,章蓓. 半导体学报. 2004(11)
硕士论文
[1]AlGaN/GaN肖特基势垒二极管制作工艺与器件特性研究[D]. 王磊.清华大学 2011
本文编号：2946886
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氮化物同其它半导体材料禁带宽度与晶体常数的关系
图 1-2 氮化物同其它半导体材料频率与功率范围[3]The frequencies and power range of nitride and other semiconduct国内外研究进展GaN SBD 具有耐压高、导通电阻低、开关频率快、系有利于降低器件功率损失和提高转换效率。肖特基势导通工作的器件，相比于 PN 结开关二极管，没有少存储效应的存在，由开关频率特性所决定的工作切换率损耗低，能够实现提升效率以及降低功耗，有效节的 AlGaN/GaN SBD 已成为目前国内外科研团队的研材料肖特基二极管的研究过程中，早期对氮化镓体材多，随着异质结外延技术的成熟，以及对异质结结构异质结肖特基二极管的研究日趋成熟。国际上的主流延质量和器件结构来提升器件性能，其发展概况如下
器件的表面帽层结构，除了对器件反向漏电的具有抑制作用，还可有效缓解反向特性的恶化。2016 年，台湾科研团队[23]研究了凹槽阳极、阳极刻蚀区刻蚀粗糙度对器件特性的影响，通过优化刻蚀表面条件，可达到同时减小漏电流和提高击穿电压，实现 0.73V 的开启电压，且采取场板结构实现击穿电压达到 2070V。南京电子器件研究所是国内最早开展 AlGaN/GaN 异质结特性和 AlGaN/GaN 微波功率 HEMT 研究的单位之一，在 GaN 功率电子器件领域已经开展了大量工作，在蓝宝石衬底 GaN 材料上研制了耐压大于 1000V 的耗尽型 AlGaN/GaN HEMT器件。近年来， AlGaN/GaN SBD 器件的研究发现取得了很大进展，但性能参数还远低于理论值，为进一步提升 AlGaN/GaN SBD 在功率电子开关领域的应用，还需要优化提升 SBD 器件的性能，如提高器件击穿电压，降低器件漏电流、开启电压和导通电阻等。对 GaN 器件已有的研究取得了很大的进展，但器件的实际性能与其理论极限值还相差很大，如图 1-3 所示[24]。目前，GaN 基 SBD 的应用范围较小，只有少量的器件应用于军工方面，为促进与推广 GaN 基 SBD 的大范围应用，还需解决以下问题：
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]高耐压Si基GaN功率电子器件[J]. 管邦虎,孔岑,耿习娇,陆海燕,倪金玉,周建军,孔月婵,冯军,陈堂胜. 固体电子学研究与进展. 2013(06)
[3]Electric field modulation technique for high-voltage AlGaN/GaN Schottky barrier diodes[J]. 汤岑,谢刚,张丽,郭清,汪涛,盛况. Chinese Physics B. 2013(10)
[4]Analysis of the ohmic contacts of Ti/Al/Ni/Au to AlGaN/GaN HEMTs by the multi-step annealing process[J]. 颜伟,张仁平,杜彦东,韩伟华,杨富华. 半导体学报. 2012(06)
[5]GaN电感耦合等离子体刻蚀的优化和损伤分析[J]. 滕龙,于治国,杨濛,张荣,谢自力,刘斌,陈鹏,韩平,郑有炓,施毅. 微纳电子技术. 2012(03)
[6]最大振荡频率为200GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT(英文)[J]. 刘果果,魏珂,黄俊,刘新宇,牛洁斌. 红外与毫米波学报. 2011(04)
[7]高击穿电压AlGaN/GaN HEMT电力开关器件研究进展[J]. 张明兰,杨瑞霞,王晓亮,胡国新,高志. 半导体技术. 2010(05)
[8]AlGaN/GaN异质结Ni/Au肖特基表面处理及退火研究[J]. 王冲,冯倩,郝跃,万辉. 物理学报. 2006(11)
[9]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)
[10]对GaN薄膜不同腐蚀方法的腐蚀坑的研究(英文)[J]. 陆敏,常昕,方慧智,杨志坚,杨华,黎子兰,任谦,张国义,章蓓. 半导体学报. 2004(11)
硕士论文
[1]AlGaN/GaN肖特基势垒二极管制作工艺与器件特性研究[D]. 王磊.清华大学 2011
本文编号：2946886
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