利用缺陷信息數(shù)據(jù)庫(kù)探索界面工程，助力GaN基肖特基勢(shì)壘二極管的研究

在電力電子器件的外延生長(zhǎng)和器件制備過(guò)程中，特別是對(duì)于具有凹槽結(jié)構(gòu)的GaN基肖特基勢(shì)壘二極管（TMBS）而言，ICP刻蝕將不可避免地?fù)p傷材料的表面，產(chǎn)生大量的缺陷，最終犧牲器件的擊穿電壓、導(dǎo)通電阻等性能，同時(shí)影響器件的可靠性。近期，天津賽米卡爾科技有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了完備的缺陷信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)GaN基TMBS的界面特性進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，深入剖析了界面缺陷對(duì)GaN基TMBS器件性能的影響，并完善了圖1所展示的肖特基接觸界面附近存在的載流子傳輸機(jī)制模型。

圖1.肖特基接觸界面附近存在的載流子傳輸機(jī)制：①熱輻射過(guò)程，②鏡像力模型（虛線），③直接隧穿過(guò)程，④陷阱輔助隧穿過(guò)程，⑤ SRH非輻射復(fù)合過(guò)程。

同時(shí)，本司技術(shù)團(tuán)隊(duì)還系統(tǒng)地研究了施主型缺陷（Donor-type traps）和受主型缺陷（Acceptor-type traps）對(duì)TMBS器件正向?qū)ㄌ匦浴⒎聪蚵╇?、擊穿電壓的影響，研究結(jié)果表明，主要來(lái)源于N空位的施主型缺陷是造成器件性能退化的主要原因。如圖2（a）-（e）所示，離化的施主型缺陷形成的正電荷中心，將會(huì)削弱電荷耦合效應(yīng)，從而造成GaN基TMBS器件勢(shì)壘高度減小，漏電流提升，擊穿電壓降低。

圖2.理想的TMBS整流器和實(shí)際的TMBS整流器的（a）正向I-V特性曲線，（b）導(dǎo)帶分布和（c）反向I-V特性曲線；理想的TMBS整流器和實(shí)際的TMBS整流器的電場(chǎng)分布圖：（d）橫向分布（y=10.8μm），（e）縱向分布（x=4μm）。

為了有效地減小界面缺陷對(duì)器件性能的影響，技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出并設(shè)計(jì)了一種MIS型TMBS器件結(jié)構(gòu)，如圖3（a）-（c）所示，該結(jié)構(gòu)的金半接觸界面處設(shè)置有1 nm厚的Al2O3絕緣層，可以有效地提升器件的勢(shì)壘高度（qφs+qφT）；同時(shí)該模型中還準(zhǔn)確地考慮了TMBS器件的界面缺陷模型，即側(cè)壁缺陷和界面態(tài)缺陷。圖3（d）展示了所設(shè)計(jì)的器件的反向IV特性曲線，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)有MIS結(jié)構(gòu)的TMBS器件的反向漏電流顯著減小，擊穿電壓提升，例如相對(duì)于具有Pt電極的TMBS器件，具有Pt電極的MIS-TMBS器件的漏電流減小了近3個(gè)數(shù)量級(jí)，擊穿電壓從1200 V提升到3200 V。

圖3.（a）GaN基MIS-TMBS的結(jié)構(gòu)示意圖；GaN基MIS-TMBS肖特基接觸界面附近存在的載流子傳輸機(jī)制：（b）正向偏置和（c）反向偏置；（d）具有不同的肖特基金屬電極的理想TMBS整流器和實(shí)際MIS-TMBS整流器的反向I-V特性曲線。

參考文獻(xiàn)

[1] "MIS-Based GaN Schottky Barrier Diodes: Interfacial Conditions on the Reverse and Forward Properties," IEEE Transactions on Electron Devices, 2022, doi: 10.1109/TED.2022.3201831.

審核編輯 黃昊宇