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ALD有益于GaN器件的5种方式

作者:Harm Knoops博士

我们探索了原子层沉积(ALD)技术使GaN功率器件受益的途径。

氮化镓(GaN)具有较宽的带隙,是一种极好的电力电子材料。随着交通电气化的发展,氮化镓动力器件越来越重要,器件的成本和效率变得至关重要。在许多应用中,e模bob综合app官网登录式或正常关闭器件对于故障安全要求和栅极介质层(如Al2O3.)对于在e模式配置中获得更有效的设备至关重要。

阅读以下5种方法,原子层沉积(ALD)可以帮助实现这些目标,并使GaN器件受益:

1.电影的质量

氮化镓基晶体管的薄膜栅极介质必须是高质量的,以实现低泄漏和高击穿电压。ALD,特别是等离子ALD的好处是,它沉积致密的层,从而产生性能优越的设备。

击穿只有在高电压下才会发生,这是由于高质量的层和低水平的针孔造成的ALD填补空隙的能力。有趣的是,这些特性是在200到400°C的温和温度下获得的,避免了其他一些技术所需的高温。

具有蚀刻凹槽和共形栅介质的常关GaN-on-silicon功率器件的截面示意图。

图1:具有蚀刻凹槽和共形栅介质的常关GaN-on-silicon功率器件的横截面示意图。

白皮书:氮化镓电力电子的原子层沉积和原子层蚀刻

2.保形性

凹槽结构对许多定向沉积技术(如溅射)都具有挑战性。在氮化镓器件中使用的凹槽几何形状具有相对适中的宽高比,并且对于大多数ALD工艺非常容易。

由于ALD的自限制特性,这些材料可以在整个结构中以相同的厚度进行共形涂层。一般情况下,不需要改变工艺配方,以保持广泛的器件结构和相关的宽高比的保形沉积。

3.控制

在生产和研究中,厚度和性能控制都是必不可少的。ALD的自限制特性允许在大区域内具有良好的均匀性,使所有设备的性能相同。由于所得到的薄膜厚度是基于所选择的ALD循环次数,因此也获得了良好的再现性。因此,每次运行提供相同的厚度和微小的变化,从机器到机器或每天。

网络研讨会:你有GaN器件的最佳栅极电介质吗?

由于ALD的阶梯式性质,也相对容易修改配方或混合材料在一起。ALD的这种特性使得它很容易遵循材料修改和工艺改进的未来路线图。例如,通过到更高的-k材料如HfO2或氮化电介质,如AlN。

4.低伤害

与其他半导体相比,氮化镓表面是电子工业中对工艺最敏感的表面之一。幸运的是,远程等离子体ALD过程对氮化镓的损害很小。优化工艺条件和限制离子能量和通量允许低缺陷密度的界面和膜。同时,反应物种密度和熔剂足以生长高质量的材料,并具有可接受的工艺吞吐量。

5.预处理

经过上述处理步骤或在空气暴露后,GaN表面可能具有低质量的表面氧化物,并可能包含缺陷和碳等杂质。远程等离子体脉冲和ALD前驱体脉冲都可以用来减少这些。三甲基铝(TMA)是电介质铝的常用ALD前驱体2O3.增长。

有趣的是,TMA实际上可以作为还原剂来去除GaN的一些表面氧化物。氢和氮等离子体也能还原表面的氧化物,并能去除碳等杂质。

以H2或N2等离子体预处理和Al2O3等离子体ALD处理GaN为例,说明预处理和ALD对GaN表面成分和组织的影响。

图2 H的例子2或者N2等离子体预处理和铝2O3.研究了氮化镓等离子体ALD对氮化镓表面成分和结构的影响。

我们预计,就ALD为功率半导体提供的可能性而言,这5种方式只是冰山一角。将预处理和等离子体ALD与退火等后续处理相结合,有望进一步优化设备性能。请在下面的评论中告诉我们你的问题和想法!

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