Mejora de la calidad de la interfaz y la estabilidad de los transistores de alta movilidad de electrones de aislantes...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física de los semiconductores Física de los semiconductores
• La electrónica de potencia es la electrónica de potencia.

Sus antecedentes:

• Los transistores de alta movilidad de electrones (MIS-HEMT) basados en nitruro de galio (GaN) son cruciales para la electrónica de potencia avanzada debido a sus propiedades superiores.
• El rendimiento de los GaN MIS-HEMT está significativamente influenciado por defectos en la interfaz dieléctrica/semiconductor de la puerta y dentro de la capa dieléctrica, lo que afecta la estabilidad y confiabilidad del dispositivo.
• El nitruro de silicio (SiNx) depositado en la capa atómica (ALD) es un dieléctrico de puerta prometedor, pero el control de defectos es esencial para las características óptimas del dispositivo.

Objetivo del estudio:

• Investigar sistemáticamente la evolución de los defectos en las interfaces ALD-SiNx/(Al) GaN y los dieléctricos SiNx.
• Para correlacionar los tratamientos de recocido post-deposición (PDA) con el comportamiento de los defectos y comprender su impacto en el rendimiento del dispositivo.
• Identificar una estrategia de recocido óptima para mejorar el rendimiento eléctrico y la estabilidad de los AlGaN/GaN MIS-HEMT.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) para analizar los estados químicos y los tipos de defectos en la interfaz y en el dieléctrico.
• Se empleó espectroscopia transiente de nivel profundo (DLTS) para cuantificar las densidades de defectos y los niveles de energía dentro del semiconductor y el dieléctrico.
• Fabricado AlGaN / GaN MIS-HEMTs y evaluó sus características eléctricas, incluyendo el voltaje umbral (VTH) histeresis, dinámica ON-resistencia (R_ON), y el balanceo subumbral (SS), en diferentes condiciones de recocido.

Principales resultados:

• El recocido de nitrógeno (N2) a 550 °C durante 5 minutos suprimió efectivamente la densidad del estado de la interfaz sin degradar la calidad dieléctrica.
• Los tratamientos de recocido que contienen oxígeno llevaron a un aumento de los defectos masivos en la capa de SiNx, a pesar de algunas mejoras en la interfaz.
• La estrategia optimizada de recocido de N2 dio como resultado una mejora significativa en el rendimiento del dispositivo, incluida una reducción de la histeresis VTH, SS más empinada, R_ON dinámico estable y una mayor estabilidad VTH.

Conclusiones:

• El control de defectos en los dieléctricos ALD-SiNx es fundamental para lograr GaN MIS-HEMTs de alto rendimiento y estable.
• El recocido de N2 es un método eficaz para suprimir los estados de interfaz de nivel profundo, mejorando así la calidad de la interfaz.
• Los hallazgos proporcionan una estrategia práctica para mejorar el rendimiento eléctrico y la fiabilidad de los MIS-HEMT de AlGaN/GaN para aplicaciones de electrónica de potencia.