Alscn-Barrier Mocvd से हेम्स

जर्मनी और नीदरलैंड के शोधकर्ताओं ने एल्यूमीनियम स्कैंडियम नाइट्राइड (ALSCN) -Barrier उच्च-इलेक्ट्रॉन-मोबिलिटी ट्रांजिस्टर (HEMTS) [क्रिश्चियन मंज़ एट अल, सेमिकॉन्ड को बनाने के लिए धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प बयान (MOCVD) का उपयोग किया है। विज्ञान। Technol।, Vol36, P034003, 2021]। टीम ने अधिक सामान्य गैलियम नाइट्राइड (GAN) के विकल्प के रूप में सिलिकॉन नाइट्राइड (SINX) कैप सामग्री का भी उपयोग किया, जिसकी टीम के सर्वोत्तम ज्ञान के अनुसार पहले कभी जांच नहीं की गई थी।

ALSCN के साथ काम ने Fraunhofer Institute For Appled Solid State Physics (IAF), Inatech-Albert-Ludwigs Universität Freiburg, और जर्मनी में फ़्रीबर्ग विश्वविद्यालय, और यूरोफिन्स मटेरियल साइंस नीदरलैंड्स और Eindhoven विश्वविद्यालय में टीम से MoCVD विकास पर पिछली रिपोर्टों पर पिछली रिपोर्टों का निर्माण किया है। नीदरलैंड में प्रौद्योगिकी, जर्मनी के फ्रान्होफर इंस्टीट्यूट फॉर माइक्रोस्ट्रक्चर ऑफ मैटेरियल्स एंड सिस्टम्स (IMWs) [www.semiconductor-today.com/news ({3000.Items/2019/2019/2019/fhg-iaf (60000.CHTML) के साथ प्रौद्योगिकी ]।

बाधा में स्कैंडियम की शुरूआत सहज और पीजोइलेक्ट्रिक (तनाव-निर्भर) चार्ज ध्रुवीकरण को बढ़ाती है, जो कि गन दो-आयामी इलेक्ट्रॉन गैस (2deg) चैनल में 5x तक शीट चार्ज वाहक घनत्व को सक्षम करता है, जिस पर हेम्स आधारित हैं। GAN-CHANNEL HEMTs को उच्च-शक्ति, उच्च-वोल्टेज और उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए, इलेक्ट्रिक वाहन (EV) और नवीकरणीय ऊर्जा पावर हैंडलिंग से लेकर माइक्रोवेव वायरलेस कम्युनिकेशंस पावर ट्रांसमिशन तक तैनात किया जा रहा है।

यद्यपि HEMTs को आणविक बीम एपिटैक्सी (MBE) -Grown ALSCN सामग्री से पहले गढ़ा गया है, MOCVD प्रक्रियाएं बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अधिक व्यापक रूप से लागू होती हैं। MOCVD में स्कैंडियम को पेश करने के साथ एक समस्या यह है कि संभावित अग्रदूतों का वाष्प दबाव कम है। MOCVD को वाहक गैस के रूप में उपयोग किए जाने वाले हाइड्रोजन के साथ कम दबाव (40-100 mbar) पर किया गया था। वृद्धि का तापमान 1000 डिग्री से 1200 डिग्री तक था।

नाइट्रोजन स्रोत अमोनिया (NH3) था। समूह- III धातु, गैलियम और एल्यूमीनियम, ट्राइमेथाइल- (टीएम-) ऑर्गेनिक्स से आया था। स्कैंडियम अग्रदूत ट्रिस-साइक्लोपेंटैडिएनिल-स्कैंडियम (CP3SC) था। सिलेन (SIH4) ने SINX कैप के लिए सिलिकॉन की आपूर्ति की।

चित्र 1: ALSCN बैरियर सामग्री के लिए MOCVD योजना।

ALSCN बैरियर लेयर की वृद्धि ने विभिन्न निरंतर और स्पंदित कार्यप्रणाली का उपयोग किया। स्पंदित विधि में 5S CP3SC और 2S TM-AL के साथ धातु की आपूर्ति को वैकल्पिक रूप से शामिल किया गया था।

प्रयोगों ने कुछ प्रयोगों के लिए 100 मिमी नीलम सब्सट्रेट और 4H सिलिकॉन कार्बाइड (SIC) का उपयोग किया, विशेष रूप से ट्रांजिस्टर फैब्रिकेशन स्टेज पर।

HEMTs में आयन-इम्प्लांट डिवाइस आइसोलेशन के साथ टाइटेनियम/एल्यूमीनियम ओमिक सोर्स-ड्रेन संपर्क शामिल थे। शोधकर्ताओं के अनुसार, SINX पास होने से "कम वर्तमान फैलाव और थर्मल स्थिरता" को सक्षम किया गया। उच्च गति के संचालन में सुधार करने के लिए गेट को कम कैपेसिटेंस होने के लिए डिज़ाइन किया गया था।

सिलिकॉन नाइट्राइड का उपयोग एएलएससीएन बैरियर लेयर को कैप करने के लिए किया गया था, ताकि एएल युक्त परत के ऑक्सीकरण से बचने के लिए। अलगन ट्रांजिस्टर में एक गान कैप का उपयोग अक्सर किया जाता है, लेकिन ALSCN के मामले में इस तरह के कैप को बढ़ना मुश्किल पाया गया है, जिसके परिणामस्वरूप '3 डी द्वीप' होता है, जो ALSCN को बचाने और पास करने की अपनी क्षमता पर प्रतिकूल प्रभाव डालता है। ALSCN पर GAN CAPS को SINX के लिए 0.2nm के साथ तुलना में परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (AFM) माप के अनुसार, 1 0 00 डिग्री पर उगाई गई सामग्री के लिए 1.5nm की रूट-मीन-स्क्वायर खुरदरापन पाया गया।

HEMTs (चित्रा 1) के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री 9.5nm ALSCN बैरियर लेयर में लगभग 14% SC थी। SINX कैप 3.4nm था। विकास का तापमान 1100 डिग्री था, जिसमें ALSCN बयान के साथ अग्रदूतों की निरंतर आपूर्ति का उपयोग किया गया था। सब्सट्रेट 4h sic था। 3NM SINX कैप के साथ एक तुलना 5.6nm ALN बैरियर डिवाइस भी उगाया गया और गढ़ा गया।

तालिका 1: ALSCN-Barrier और Aln-Barrier Hemts के इलेक्ट्रॉन परिवहन गुणों की तुलना

ALSCN बैरियर के साथ HEMT ने ALN बैरियर (तालिका 1) के साथ डिवाइस के साथ तुलनात्मक प्रदर्शन (चित्रा 2) हासिल किया। शोधकर्ता बताते हैं कि ALSCN HEMT का प्रदर्शन सैद्धांतिक अपेक्षाओं से कम है।

चित्रा 2: 0 के साथ ALSCN-Barrier HEMT के लिए स्थानांतरण विशेषताओं। 25μm गेट लंबाई। नाली पूर्वाग्रह 7v।

टीम ने "बफर और बैरियर में धातु परमाणुओं AL, GA और SC के भारी अंतर्विरोध" को दोषी ठहराया, जिसका पता लगाया गया और स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (STEM), एनर्जी-डिस्पर्सिव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDX), और उच्च- संकल्प एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण (एचआर-एक्सआरडी)। इसलिए बाधाएं क्रमशः अल्गस्कन और अलगन थीं। माप से पता चलता है कि प्रसार के परिणामस्वरूप औसतन लगभग 40% जीए के साथ एक अलगन बाधा उत्पन्न हुई।

"दोनों नमूनों में कम गतिशीलता के लिए प्राथमिक स्रोत सबसे अधिक संभावना है कि खराब इंटरफ़ेस की गुणवत्ता और परमाणुओं के अंतःविषय की संभावना है, जिससे मिश्र धातु बिखरना है, जो हेमट हेटरोस्ट्रक्चर की गतिशीलता को प्रभावित करने के लिए जाना जाता है," शोधकर्ता लिखते हैं।

फिर भी, टीम परिणामों को उच्च-शक्ति और उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए "बहुत होनहार" के रूप में देखती है, यह कहते हुए कि ALSCN HEMT "पहले से ही बेहतर है" मानक अलगन हेम्स के लिए डिज़ाइन किए गए RF अनुप्रयोगों के लिए तैयार किए गए हैं।

मूल स्रोत: http://www.semiconductor-today.com/news ({{10.Items/2021/feb/fraunhofer ({3000.0.Stmlhttp://www.semiconductor-today.com/news ({5 }} आइटम/2021/feb/fraunhofer -110221। shtml