SiN降低了高速HEMT的电阻

原位加入SiN降低了高铝组分HEMTs的接触电阻

中国西安电子科技大学的工程师们通过原位插入SiN，已经显著降低了具有高铝组分AlGaN阻挡层GaN基HEMTs的接触电阻。该突破有望促进HEMTs工作在40 GHz以上。这些器件中，高铝组分AlGaN势垒增强了晶体管的速度，但增加了低接触电阻的难度。

添加了金属接触层后的异质结构（插入了SiN）(a)，退火实现Al_0.65Ga_0.35N势垒层金属接触合金化(b)。

根据该团队的说法，实现高频GaN/GaN HEMTs低接触电阻，相比于已有的技术，如硅注入和重掺杂n型氮化镓层二次外延，该方法更简单和经济。

研究人员Zhihong Liu告诉 杂志，插入SiN层的想法来自于之前的实验。他说:“我们知道一层薄薄的硅，以一定的方式沉积，可以帮助GaN HEMTs中欧姆接触的形成;高温会降低SiN的质量及成为漏电流路径——所以一层薄薄的SiN可能会分解，剩余的硅就会帮助欧姆接触的形成。”刘和同事们研究了这种可能性，即Al_0.65Ga_0.35N/GaN HEMT表面异质结构上原位生长一层薄SiN。该研究先在蓝宝石衬底上MOCVD外延1.7微米非故意掺杂GaN缓冲层,然后是5nm GaNAl_0.65Ga_0.35N势垒和8nm SiN层。室温霍尔测量二维电子气体密度2.2 x 10¹³ cm^-2和1190 cm² V^-1 s^-1的迁移率。经过氩离子注入的平面隔离，通过沉积Ti/Al/Ni/Au金属层形成欧姆接触，在850°C的氮气下退火30秒，该金属接触和退火条件已经过优化。作为比较，研究人员制备了一个无原位SiN层的对照样品。基于传输线法，电极间距从3微米到18微米，揭示增加SiN层可以使接触电阻从0.320欧姆降到0.175欧姆，对应比接触电阻率从2.84×10^{- 6}Ωcm²降到8.45×10^{- 7}Ωcm²。基于300k到450k之间的电阻相关测量，结合数据建模研究小组推断出了这两种器件金属-半导体接触的主要传输机制，含有SiN层的器件中热离子场发射是主导机制，其对氮化镓基电子器件是有益的，因为它们可以经常在较高的结温下工作。相应的无SiN层的器件中场发射是主导，由于Al_0.65Ga_0.35N层的厚度较薄，同时势垒高度也较大。高分辨率透射电镜显示8nm厚的SiN层在退火条件下分解。这表明，界面处观察到的黑色团块均为TiN，它们部分被金包裹—通过EDX能谱证实。刘先生坦言，他还在优化SiN层厚度，这对接触电阻降低至关重要。该团队还将其技术应用于硅基AlN/GaN HEMT，实现了很高截止频率和最大振荡频率。这项工作已提交给另一本期刊，仍在审稿中，”刘补充道。工程师们的下一个目标是尝试通过调整SiN的厚度来进一步改善接触，并利用他们最近的突破来开发毫米波和太赫兹HEMTs。

参考文献

D. Hanghai et al. Appl. Phys. Lett. 121 172102 (2022)

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