中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近日，中國(guó)科學(xué)院微電子研究所高頻高壓中心研究員劉新宇團(tuán)隊(duì)等在GaN界面態(tài)研究領(lǐng)域取得進(jìn)展，在LPCVD-SiNx/GaN界面獲得原子級(jí)平整界面和國(guó)際先進(jìn)水平的界面態(tài)特性，提出了適用于較寬能量范圍的界面態(tài)U型分布函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了離散能級(jí)與界面態(tài)的分離。

增強(qiáng)型氮化鎵MIS-HEMT是目前尚未成功商用化的技術(shù)路線。GaN與介質(zhì)的界面態(tài)問(wèn)題是制約器件可靠性的主要因素之一。前期研究發(fā)現(xiàn)，LPCVD-SiNx具有高溫耐受性、成膜質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)致密、無(wú)離子損傷、高TDDB特性等優(yōu)勢(shì)，有望用于高可靠MIS-HEMT的柵介質(zhì)和鈍化材料。然而，傳統(tǒng)LPCVD-SiNx的生長(zhǎng)溫度較高，可能導(dǎo)致材料表面熱分解和熱反應(yīng)，尤其是刻蝕表面。同時(shí)，高溫工藝（例如，800℃以上歐姆合金）會(huì)導(dǎo)致鈍化位的氫鍵被破壞，使介質(zhì)界面發(fā)生一定程度的退化，引起鍵長(zhǎng)鍵角隨機(jī)變化的無(wú)序粗糙晶化區(qū)域和梯度變化的無(wú)定形區(qū)域產(chǎn)生，導(dǎo)致器件出現(xiàn)不可控制的頻率色散和滯回現(xiàn)象。要避免上述不利因素，制備的健壯界面需具有原子級(jí)平整特性和最小退變的長(zhǎng)程有序晶體區(qū)域。

另一方面，由于寬帶隙半導(dǎo)體中缺陷電子捕獲截面分布范圍較寬，超淺能級(jí)和深能級(jí)界面態(tài)都可能影響器件的頻率色散和電流崩塌。因此，在更寬能量范圍內(nèi)評(píng)估界面態(tài)變得非常有意義。恒定電容深能級(jí)瞬態(tài)傅里葉光譜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)10~400K溫度范圍內(nèi)的測(cè)試，為上述需求提供了有效的表征解決方案。但多層材料中界面態(tài)和離散能級(jí)缺陷的檢測(cè)密度通常被耦合，使介質(zhì)/III-N界面的缺陷分析更加復(fù)雜，需要利用界面態(tài)分布函數(shù)分離界面態(tài)和離散缺陷能級(jí)。雖然基于DIGS理論的U型模型適合連續(xù)能級(jí)的界面態(tài)分布，但在較寬的能量范圍上仍然有一些限制。

該研究工作證明了低熱預(yù)算工藝是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量界面的有效手段之一，包括：LPCVD-SiNx生長(zhǎng)溫度從常規(guī)780℃降低到650℃，歐姆合金溫度從850℃降低到780℃。工作難點(diǎn)在于降低溫度窗口且保證高質(zhì)量薄膜和歐姆接觸。最終在LPCVD-SiNx和GaN之間實(shí)現(xiàn)2.5-5埃米原子級(jí)平整界面，界面態(tài)密度在ET=30 meV下約1.5×1013 cm-2eV-1，ET=1 eV下約4×1011~1.2×1012 cm-2eV-1水平。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出了適用于較寬能量范圍的基于物理參數(shù)的界面態(tài)U型分布函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了多層材料中離散能級(jí)與界面態(tài)的有效分離。該成果以Suppression and characterization of interface states at low-pressure-chemical-vapor-deposited SiNx/III-nitride heterostructures為題發(fā)表在Applied Surface Science上。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大儀器項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目和中科院前沿重點(diǎn)項(xiàng)目等資助。

原子級(jí)平整界面、先進(jìn)水平界面態(tài)密度及U型分布函數(shù)

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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