Hemts מ- Alscn-Brary Mocvd

AlSc43

החוקרים בגרמניה ובהולנד השתמשו בתצהיר אדים כימיים מתכת-אורגניים (MOCVD) כדי ליצור טרנזיסטורים של אלומיניום סקנדיום ניטריד (ALSCN)-טרנזיסטורים בעלי ניבוב גבוה-אלקטרונים (HEMTS) [Christiant Manz et al, Semicond. מדע. Technol., Vol36, P034003, 2021]. הצוות השתמש גם בחומר CAP של סיליקון ניטריד (SINX) כחלופה לגליום ניטריד הרגיל יותר (GAN), שמעולם לא נחקר לפני כן, על פי הידיעה הטובה ביותר של הצוות.

העבודות עם ALSCN בונה על דיווחים קודמים על צמיחת MOCVD מהצוות במכון Fraunhofer לפיזיקה יישומית של המדינה (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg, ואוניברסיטת פרייבורג בגרמניה, ומדעי החומרי האירופינים בהולנדס ואינדהובן באוניברסיטת Eindhoven באוניברסיטת Eindhoven באוניברסיטת Eindhoven, Eindhoven, באינדהובןןן, באינדהובןןן, באינדהובןןן, באינדהובן. טכנולוגיה בהולנד, יחד עם המכון Fraunhofer גרמניה למיקרו-מבנה של חומרים ומערכות (IMWs) [www.semiconductor-today.com/news {3} items/2019/oct/fhg-aif {6} }.shtml ].

הכנסת הסקנדיום למכשול מגדילה את קיטוב המטען הספונטני והפיזואלקטרי (תלוי זן), המאפשר עד 5X את צפיפות המוביל המטען בתעלה גז אלקטרונים דו-ממדי (2DEG) שעליו מבוססים חצי. חצי ערוצי GAN מפותחים ונפרסים ליישומים בעלי עוצמה גבוהה, מתח גבוה ותדר גבוה, שנעים בין רכב חשמלי (EV) וטיפול בכוח אנרגיה מתחדשת, ועד העברת חשמל לתקשורת אלחוטית במיקרוגל.

למרות שהרכבים היו מפוברקים לפני חומר ALSCN של קרן מולקולרית (MBE), תהליכי MOCVD חלים באופן נרחב יותר לייצור המוני. בעיה אחת בהכנסת סקנדיום ל- MOCVD היא כי לחץ האדים של המבשרים הפוטנציאליים הוא נמוך. ה- MOCVD בוצע בלחץ נמוך (40-100 MBAR) עם מימן המשמש כגז המנשא. טמפרטורת הצמיחה נעה בין 1000 מעלות ל 1200 מעלות.

מקור החנקן היה אמוניה (NH3). מתכות הקבוצה III, גליום ואלומיניום, הגיעו מאורגנים טרימתיל- (TM-). מבשר הסקנדיום היה Tris-cyclopentadienyl-scandium (CP3SC). סילאן (SIH4) סיפק את הסיליקון לכובע הסינקס.

news-1-1

איור 1: סכמת MOCVD לחומר מחסום ALSCN.

הצמיחה של שכבת המחסום ALSCN השתמשה במתודולוגיות רצופות ופועמות שונות. השיטה הפועמת כללה לסירוגין אספקת המתכת עם 5S CP3SC ו- 2S TM-AL.

הניסויים השתמשו במצעי ספיר של 100 מ"מ ובסיליקון קרביד 4H (SIC) עבור ניסויים מסוימים, במיוחד בשלב ייצור הטרנזיסטור.

החמטים כללו קשרים של טיטניום/אלומיניום אוחמי-ניקוז מקור עם בידוד מכשירי השתלת יונים. על פי החוקרים, Passivation SINX איפשר "פיזור זרם נמוך ויציבות תרמית". השער תוכנן להיות קיבול נמוך, כדי לשפר את הפעולה המהירה.

ניטריד הסיליקון שימש לכיבוי שכבת מחסום ALSCN, כדי למנוע חמצון של השכבה המכילה A. בטרנזיסטורים זוגים משתמשים לרוב בכובע GAN, אך במקרה של כובעים כאלה נמצאו ככובעים כאלה קשה לצמוח, וכתוצאה מכך 'איים תלת -ממדיים', המשפיעים לרעה על יכולתו להגן ולפסיבי על ה- ALSCN. נמצא כי כובעי GAN ב- ALSCN היו בעלי חספוס שורש-ממוצע-ריבוע של 1.5 ננומטר עבור חומר שגדל בתואר 1 {}}} 00, על פי מדידות מיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM), לעומת 0.2nm עבור SINX.

החומר ששימש לחצי (איור 1) הכיל סביב 14% SC בשכבת המחסום ALSCN 9.5 ננומטר. כובע הסינקס היה 3.4 ננומטר. טמפרטורת הגידול הייתה 1100 מעלות, כאשר התצהיר ה- ALSCN באמצעות אספקה רציפה של המבשרים. המצע היה 4H SIC. גם השוואה של מכשיר מחסום ALN של 5.6 ננומטר עם כובע סינקס 3NM גודלה והופקה גם היא.

טבלה 1: השוואה בין תכונות הובלת אלקטרונים של מחסום ALSCN ו- Aln-Brarier Hemts

news-1016-202

ה- HEMT עם מחסום ALSCN השיג ביצועים (איור 2) בהשוואה לזה של המכשיר עם מחסום ALN (טבלה 1). החוקרים מציינים כי ביצועי ה- ALSCN HEMT הם מתחת לציפיות התיאורטיות.

Figure 2: Transfer characteristics for AlScN-barrier HEMT with 0.25μm gate length. Drain bias 7V.

איור 2: מאפייני העברה עבור ALSCN-Barrier HEMT עם 0. 25 מיקרומטר אורך שער. הטיה לנקז 7V.

הצוות מאשים את "ההפחתה הכבדה של אטומי המתכת Al, GA ו- SC במאגר ובמחסום", שהתגלה ואופיין באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים בהילוכים סריקה (STEM), ספקטרוסקופיית רנטגן מפוזרת אנרגיה (EDX) וגובה ניתוח דיפרקציה של רנטגן רזולוציה (HR-XRD). המחסומים היו אפוא אלגסן ואלגן, בהתאמה. המדידות מראות כי ההתפשטות הביאה למחסום גן עם כ- 40% GA בממוצע.

החוקרים כותבים כי "המקור העיקרי לניידות הנמוכה בשתי הדגימות הוא ככל הנראה איכות הממשק הגרוע והמתחם של האטומים, וגורם לפיזור סגסוגת, שידוע כי הוא משפיע על הניידות של מבני ההטרו -מבנים של HEMT."

אף על פי כן, הצוות רואה בתוצאות "מבטיחות מאוד" ליישומים בעלי עוצמה גבוהה ותדר גבוה, ומוסיף כי ה- ALSCN HEMT "כבר עדיף" לחצי-גנים סטנדרטיים המיועדים ליישומי RF המפוברקים בבית.

מקור מקורי: http://www.semiconductor-today.com/news {1} items/2021/feb/fraunhofer {3 }.shtmlhttp://www.semiconcuctor-today.com/news {5 }} פריטים/2021/פברואר/fraunhofer -110221. SHTML