高功率增強型氮化鋁鎵/氮化鎵高電子遷移率電晶體之製作與鈍化層表面缺陷分析

Abstract

在本篇論文中，我們首先採用不同的鈍化層材料以探討介電質品質對於元件直流特性以及遲滯效應之影響，接著製作p-GaN gate增強型功率元件，並利用大面積的跨接式多指結構，來達到大電流的輸出，並探討這種多指元件其幾何結構對於電性的影響。 本論文的第一部分為分別使用氮化矽、二氧化矽、三氧化二鋁作為元件之鈍化層材料，結果顯示使用氮化矽之元件擁有最低的導通電阻及最高之輸出汲極電流，對於trap-induced current collapse也有最佳的抑制效果；使用二氧化矽之元件在閘極逆偏壓下擁有最低之汲極漏流，較適合應用於高壓元件之製程；實驗結果也顯示使用三氧化二鋁之MOS元件，因表面缺陷造成其遲滯現象與臨界電壓位移現象最嚴重。 第二部分實驗結果顯示MOS-HEMT元件經過金屬後退火製程，有助於修復閘極下方的氧化層，使閘極漏流下降了七個數量級。另外，透過直流量測下的遲滯曲線以及動態量測，可以推論經過金屬後退火製程的元件，會減少深層缺陷的密度，但同時也會增加淺層缺陷密度。 第三部分為增強型高功率元件之製作，我們成功使用含氟的電漿氣體完成p型氮化鎵的蝕刻製程，並精準的控制蝕刻深度以及表面平整度，除此之外，透過增加單根閘極寬度以及閘極的指數可以明顯地提高輸出總電流。實驗結果更顯示，以增加閘極指數的方法提升總輸出電流相對更有效率且穩定。在本篇論文最後，透過場板結構的設計以及雙閘極跨橋的結構，可以成功改善元件的電流崩塌效應並同時有效提升較大閘極寬度元件的電流密度。我們也比較具60 mm閘極寬度但不同幾何結構的大電流元件，實驗結果顯示單根閘極寬度1000微米60指的元件擁有最佳的電性表現，其達到總輸出電流6.55 A、電流密度109.174 mA / mm、導通電阻0.64 Ω。