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半导体技术 2020年第4期45卷 293-297,311页

作者：赵志波杨兵康玄武张静吴昊孙跃郑英奎魏珂北方工业大学信息学院北京100144 中国科学院微电子研究所北京100029

针对电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后,AlGaN/GaN台面区域存在隔离电流高的问题,研究了不同退火氛围、时间、温度对台面隔离电流的影响。利用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)及电学测量仪器对样品进行表征和测试。测试结果表明... 详细信息

针对电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀后,AlGaN/GaN台面区域存在隔离电流高的问题,研究了不同退火氛围、时间、温度对台面隔离电流的影响。利用原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)及电学测量仪器对样品进行表征和测试。测试结果表明,在氧气和氮气氛围退火处理均能降低样品的隔离电流,且经退火处理后样品的隔离电流均处于10-9 A/mm数量级,但在氧气氛围中退火处理会使样品的欧姆接触电阻增大。在氮气氛围下的最佳退火处理条件为400℃、120 s。在该条件下样品经过退火处理后,在200 V直流偏压下测得样品的台面隔离电流仅为4.03×10^-9 A/mm,与未经退火处理的样品相比降低了4个数量级,而且在高温测试中样品的隔离电流仍然能够保持较低的数值。

关键词： AlGaN 台面区域隔离电流退火处理电感耦合等离子体(ICP)刻蚀

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氮化镓基生物传感器关键工艺研究

氮化镓基生物传感器关键工艺研究

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作者：李鹏飞北方工业大学

学位级别：硕士

生物传感技术是当今社会的前沿科学技术,是集电子、生物、医疗、化学、物理、材料等多学科于一体的交叉综合性学科。生物传感器在环境监测、医疗健康、食品安全等各个领域都得到了高度重视及广泛应用。氮化镓的宽带隙和强化学硬度确保... 详细信息

生物传感技术是当今社会的前沿科学技术,是集电子、生物、医疗、化学、物理、材料等多学科于一体的交叉综合性学科。生物传感器在环境监测、医疗健康、食品安全等各个领域都得到了高度重视及广泛应用。氮化镓的宽带隙和强化学硬度确保在高温、酸、碱等恶劣环境中可以稳定存在;同时AlGaN/GaN异质结通过极化效应形成高浓度、高迁移率的二维电子气(2DEG),2DEG的浓度对AlGaN/GaN异质结表面异常敏感,这种特性十分有利于感应微弱的生物信号。GaN基生物传感器的导通电阻比Si低两个数量级,比Si C大约低一个数量级,低导通电阻可以减少导通损耗,提高检测灵敏度。AlGaN/GaN异质结传感器的导通电阻主要由沟道电阻和接触电阻构成,因此降低接触电阻对于提高检测灵敏度尤为重要;在器件制备过程中,台面隔离造成的损伤导致高泄漏电流,进而使检测灵敏度下降,需要降低泄漏电流以提高检测灵敏度。本文通过改善氮化镓基生物传感器的制备工艺以提高其传感性能,主要从降低欧姆接触电阻和隔离泄漏电流两方面进行关键工艺的优化,主要研究内容及成果如下:(1)首先通过对比ICP氧等离子体表面处理前后样品的欧姆接触电阻变化,确定了氧等离子体处理可以有效减少接触电阻。通过对比不同条件下的接触电阻值,发现通过增加ICP功率及RF功率可以有效地降低接触电阻,最终得到最优的条件(ICP:250 W,RF:60 W,0.8 Pa,O:30 sccm,时间:5 min);使欧姆接触电阻从1.31Ω·mm降低为0.41Ω·mm,比参照样品接触电阻降低了约69%。利用原子力显微镜(AFM)、光致发光光谱(PL)及能量色散X射线能谱(EDX)对氧等离子体处理前后样品进行表征分析,发现处理后的样品表面增加了氮空位(V),从而提高了掺杂浓度,使空间电荷区变窄,利于电子隧穿,降低了欧姆接触电阻。(2)针对台面隔离后泄漏电流高,研究了氧化、“补氮”、UV(臭氧)光照、HCl去除表面氧化物以及退火等处理方法对泄漏电流的影响。发现采用快速热退火(RTA)处理后的样品泄漏电流与体材料的泄漏电流处于同一水平;接着针对微波退火技术进行具体的条件优化,分析台面漏电降低原因,研究表明微波退火处理方法使表面泄漏电流在100V直流偏压下已经从1×10A/mm降低到4.03×10A/mm,比体材料的样品泄漏电流低1个数量级。(3)最后采用优化后的氧等离子体处理工艺及最佳的退火条件制备了GaN基生物传感器,进行了pH值生物传感器的检测,其灵敏度可以达到1.05m A/pH。

关键词：生物传感器 AlGaN/GaN异质结欧姆接触隔离电流氧等离子体表面处理退火处理

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应用于无线输能的氮化镓肖特基二极管研究

应用于无线输能的氮化镓肖特基二极管研究

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作者：赵志波北方工业大学

学位级别：硕士

随着现代技术的快速发展,无线输能在人们日常生活中逐渐成为不可或缺的一部分,其中整流电路是无线输能系统的重要组成部分,而整流二极管又是整流电路中最核心的元器件,因此制备出高性能的整流二极管对无线输能意义重大。基于AlGaN/GaN... 详细信息

随着现代技术的快速发展,无线输能在人们日常生活中逐渐成为不可或缺的一部分,其中整流电路是无线输能系统的重要组成部分,而整流二极管又是整流电路中最核心的元器件,因此制备出高性能的整流二极管对无线输能意义重大。基于AlGaN/GaN异质结制备的肖特基二极管(SBD)可以工作在高温、高频以及大功率等环境中,因此非常适合作为无线输能系统中的整流二极管。虽然,目前AlGaN/GaN异质结肖特基二极管(SBD)技术已经比较成熟,但仍存在一些问题尚未解决,其中高反向漏电流就是其中之一,这会引起整流电路效率下降,进而影响无线输能的传输效率。高台面隔离电流是造成器件高反向漏电流的原因之一,因此研究一种有效降低台面隔离电流的方法是非常有必要的。本文以AlGaN/GaN异质结肖特基二极管(SBD)的制备工艺为基础,主要从台面隔离角度进行降低隔离电流的研究。本文主要的研究内容及结论如下:(1)首先通过对比刻蚀前后样品的漏电流,发现刻蚀表面漏电是造成高台面隔离电流的主要原因。接着对刻蚀前后表面进行分析,发现氮空位(V)缺陷是引起表面漏电的主要原因。然后,通过对比不同刻蚀条件后样品的隔离电流,发现通过减小ICP功率及RF功率可以有效地降低台面隔离电流并最终得到ICP功率、RF功率分别200W、10W的最佳刻蚀条件。(2)针对优化刻蚀工艺后隔离电流依然很高的问题,研究了多种表面处理方法对台面隔离电流的影响。首先采用氧等离子体、氮等离子、UV光照及UV光照加盐酸处理刻蚀表面,研究其对台面隔离电流的影响。接着对刻蚀表面进行退火处理,发现400℃、120s退火处理后样品的隔离电流与外延材料本身的漏电流处于同一水平,而且在该条件处理后台面隔离区域的击穿电压从705V提高到1775V且在150℃时隔离电流仅为1.0×10A/mm。(3)利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱(PL)及能量色散X射线能谱(EDX)对退火前后样品进行表征分析,发现退火处理是通过分解刻蚀表面来消除氮空位缺陷。(4)对不同衬底(Si)材料的台面区域进行退火处理并得到了300℃-450℃,30s-150s的最佳处理条件。最后在AlGaN/GaN异质结肖特基二极管(SBD)制备过程中采用优化后的刻蚀工艺及最佳条件的退火工艺并测得二极管的反向漏电流仅为8.3×10A/mm。

关键词：无线输能 AlGaN/GaN异质结隔离电流退火处理

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