GaN基器件肖特基接觸的新結構和新材料的研究.pdf

1、AlxGal-xN/GaN異質結構材料和器件的研究是當前研究的前沿領域和熱點。而其中熱點研究之一是肖特基接觸的研究。本文系統(tǒng)的研究了在Ni/Au金屬和GaN間插入3nm薄Al層這種新型結構肖特基接觸的熱穩(wěn)定性,同時研究了在Ni/Au金屬與Al0.25Ga0.75N/GaN異質結間插入3nm薄Al層肖特基接觸的反向漏電機制,以及Ni/Au肖特基接觸的高溫電流輸運機制。本文最后研究了用金屬W的氮化物作為Al0.255Ga0.75N/GaN的

2、肖特基接觸的熱穩(wěn)定性。主要研究結果如下:
　　 (1)研究了在Ni/Au和GaN間插入一個3nmAl薄層的肖特基接觸的電學性質和熱穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)Al薄層的插入不僅將肖特基接觸的反向漏電減小了幾乎兩個數(shù)量級,而且提高了肖特基接觸的熱穩(wěn)定性。研究了Al/Ni/Au肖特基接觸的熱退火性質,我們發(fā)現(xiàn)在插入Al薄層后,勢壘高度和串聯(lián)電阻在退火溫度低于450℃時,隨溫度的上升逐漸增加。我們也得到Al/Ni/Au肖特基結在退火溫度為450℃,退

3、火時間為12分鐘時,反向漏電最小。
　　 (2)研究了傳統(tǒng)Ni/Au肖特基與Al0.25Ga0.75N表面之間插入了3nm的Al薄層后肖特基接觸在溫度為25-350℃之間時的反向漏電情況,并且和未插薄Al層的肖特基接觸進行了比較。實驗結果表明插入薄鋁層后,I-V曲線的最低點向負偏壓方向移動。隨著溫度的上升,該點又回到零點。反偏漏電對溫度的依賴也被研究。結果表明Al薄層的插入在Al0.25Ga0.75N和金屬之間引入了界面態(tài)。插入

4、的Al與Al0.25Ga0.75N表面的氧雜質反應,減小了氧元素引起的缺陷,同時形成了Al2O3絕緣層,抑制了與氧有關的隧穿電流和熱場發(fā)射電流。而且Al的插入也提高了二極管的高溫可靠性。在研究新型肖特基接觸的同時還研究了Au/Ni/Al0.25Ga0.75N/GaN肖特基二極管在25℃-250℃溫度范圍內的電流輸運機制,發(fā)現(xiàn)肖特基勢壘高度的高斯分布模型能很好的解釋在該溫度范圍內有效肖特基勢壘隨溫度升高而升高的實驗結果。
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5、3)研究了N2氣與Ar氣比例不同時WNx/Al0.25Ga0.75N/GaN異質結肖特基接觸的熱穩(wěn)定性。以及用肖特基勢壘的高斯分布模型擬合了WNx肖特基接觸的電流輸運機制。本文用在N2和Ar的混合氣體中磁控濺射純W靶得到了WNx材料,發(fā)現(xiàn)當N2比例不同時,WNx肖特基接觸的熱穩(wěn)定性和反向漏電情況不同。實驗發(fā)現(xiàn)當N2:Ar氣的比例為1:2時,WNx肖特基接觸可以穩(wěn)定到600℃;當N2:Ar的比例為4:1時,WNx肖特基接觸可以穩(wěn)定到500