Hemts de la barradora ALSCN MOCVD
Los investigadores en Alemania y los Países Bajos han utilizado la deposición de vapor químico de metal-orgánico (MOCVD) para crear transistores de alta modificación de nitruro de escandio de aluminio (ALSCN) (HEMTS) [Christian Manz et al, Semicond. Sci. Technol., Vol36, P034003, 2021]. El equipo también usó el material CAP de nitruro de silicio (SINX) como alternativa al nitruro de galio más habitual (GaN), que nunca antes se ha investigado, según el mejor conocimiento del equipo.
El trabajo con ALSCN se basa en informes anteriores sobre el crecimiento de MOCVD del equipo en el Instituto Fraunhofer para Física de Estado Sólido Aplicado (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Friburg y Universidad de Freiburgo en Alemania, y Eurofins Materials Science Netherlands y Eindhoven University of of. Tecnología en los Países Bajos, junto con el Instituto Fraunhofer de Alemania para la Microestructura de Materiales y Sistemas (IMWS) [www.semiconductor-today.com/news==3th}tems/2019/oct/fhg-iAf=].shtml ]
La introducción del escandio en la barrera aumenta la polarización de carga espontánea y piezoeléctrica (dependiente de la cepa), lo que permite hasta 5x la densidad del portador de carga de la hoja en el canal de gases electrónicos bidimensionales (2deg) GaN (2deg) en el que se basan los hemts. Los hemts de canal ganador se están desarrollando y desplegando para aplicaciones de alta potencia, alta voltaje y alta frecuencia, que van desde el manejo de energía de vehículos eléctricos (EV) y de energía renovable, hasta transmisión de energía de comunicaciones inalámbricas de microondas.
Aunque los HEMT se han fabricado antes a partir del material ALSCN de la epitaxia del haz molecular (MBE), los procesos MOCVD son más ampliamente aplicables para la producción en masa. Un problema con la introducción de escandio en MOCVD es que la presión de vapor de los precursores potenciales es baja. El MOCVD se llevó a cabo a baja presión (40-100 mbar) con hidrógeno utilizado como gas portador. La temperatura de crecimiento varió de 1000 grados a 1200 grados.
La fuente de nitrógeno era amoníaco (NH3). Los metales del Grupo III, el galio y el aluminio, provienen de trimetil- (TM-) Organics. El precursor de escandio fue Tris-Ciclopentadienil-Scandium (CP3SC). Silane (SiH4) suministró el silicio para la tapa Sinx.
Figura 1: Esquema MOCVD para el material de barrera ALSCN.
El crecimiento de la capa de barrera ALSCN utilizó metodologías de diversas continuas y pulsadas. El método pulsado consistió en alternar los suministros de metal con 5S CP3SC y 2S TM-AL.
Los experimentos utilizaron sustratos de zafiro de 100 mm y un carburo de silicio 4H (SIC) para algunos experimentos, particularmente en la etapa de fabricación del transistor.
Los HEMTS consistieron en contactos de drenaje de origen óhmico de titanio/aluminio con aislamiento de dispositivos de implantes de iones. La pasivación SINX permitió "baja dispersión de corriente y estabilidad térmica", según los investigadores. La puerta fue diseñada para ser de baja capacitancia, para mejorar la operación de alta velocidad.
El nitruro de silicio se usó para limitar la capa de barrera ALSCN, para evitar la oxidación de la capa que contiene Al. En los transistores de Algan se usa a menudo un límite GaN, pero en el caso de ALSCN, se ha encontrado que tales límites son difíciles de crecer, lo que resulta en 'islas 3D', que afectan negativamente su capacidad para proteger y pasivar la ALSCN. Se descubrió que las tapas de GaN en ALSCN tenían una rugosidad cuadrada media de 1,5 nm para el material cultivado a 1 0 00 grados, de acuerdo con las mediciones de microscopía de fuerza atómica (AFM), en comparación con 0.2NM para SINX.
El material utilizado para los HEMT (Figura 1) contenía alrededor del 14% de SC en la capa de barrera ALSCN de 9.5 nm. La tapa Sinx era de 3.4 nm. La temperatura de crecimiento fue de 1100 grados, con la deposición de ALSCN utilizando el suministro continuo de los precursores. El sustrato fue de 4 h Sic. También se cultivó y fabricó un dispositivo de barrera ALN de comparación de 5,6 nm con tapa Sinx de 3NM.
Tabla 1: Comparación de las propiedades de transporte de electrones de la barrera ALSCN y HEMTS de la barrera Aln
El HEMT con barrera ALSCN alcanzó el rendimiento (Figura 2) comparable al del dispositivo con barrera ALN (Tabla 1). Los investigadores señalan que el rendimiento del HEMT ALSCN está por debajo de las expectativas teóricas.
Figura 2: Características de transferencia para la barrera ALSCN HEMT con 0. 25 μm de longitud de la puerta. Sesgo de drenaje 7V.
El equipo culpa a la "interdifusión pesada de los átomos de metal Al, GA y SC en el tampón y la barrera", que se detectó y se caracterizó con microscopía electrónica de transmisión de escaneo (STEM), espectroscopía de rayos X dispersiva (EDX) y alta- Análisis de difracción de rayos X de resolución (HR-XRD). Por lo tanto, las barreras fueron Algascn y Algan, respectivamente. Las mediciones sugieren que la difusión resultó en una barrera de Algan con alrededor del 40% de GA en promedio.
"La fuente principal para la menor movilidad en ambas muestras es probablemente la mala calidad de la interfaz y la interdifusión de los átomos, causando dispersión de aleaciones, que se sabe que afecta la movilidad de las heteroestructuras de HEMT", escriben los investigadores.
Aun así, el equipo considera que los resultados son "muy prometedores" para aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia, y agrega que el HEMT ALSCN es "ya superior" a los hemts de Algan estándar diseñados para aplicaciones de RF fabricadas internamente.
Fuente original: http://www.semiconductor-today.com/news (=1th}hiTems/2021/feb/fraunhofer (=3th}.shtmlhttp://wwww.semiconductor-today.com/news ({5 }} elementos/2021/feb/fraunhofer -110221. shtml