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AIGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)在高功率微波放大器方面有极其诱人的应用前景,近十年内已成为国内外的热点领域,并取得了迅猛发展。但是,AIGaN/GaN HEMT器件进入实用化过程中依然存在许多问题,主要包括其工艺技术还不成熟,对其中的物理机制认识还不深入,特别是AIGaN/GaN器件工作的可靠性和稳定性还需要更多的研究工作。本文在此种背景下,研究了AIGaN/GaN HEMT器件中的关键工艺技术一欧姆接触的制备工艺,涉及欧姆合金新结构设计、工艺优化、特性表征技术和物理机制。主要研究内容及结果如下:
⑴针对传统Ti/Al/Ni/Au欧姆接触,提出并优化了基于多层Ti/A1的Ti/A1/Ni/Au欧姆接触新结构,取得了比常规Ti/A1/Ni/Au欧姆接触低一个数量级的(比)接触电阻率,获得了粗糙度小而均匀的表现形貌,同时能够消除了金属侧流现象,提高欧姆接触可靠性。
⑵针对基于多层Ti/A1的Ti/A1/Ni/Au欧姆接触新结构,开展了工艺优化工作,确定出了的各层合金的最佳厚度和比例。
⑶研究了Ti/A1/Ni/Au欧姆接触形成过程中存在的物理机制,实验结果表明紧邻AIGaN层的Ti/A1层对欧姆接触电阻率大小起决定性作用,而紧邻Ni层的A1层会对表面形貌起到重要影响。通过引入合金相图,详细讨论了Ti/A1/Ni/Au欧姆接触形成过程中各种合金的作用。
⑷对Ti/A1/Ni/Au欧姆接触可靠性及热稳定性进行了研究,确定了Au或(和)Ni的向下扩散掺杂对欧姆接触热稳定性的重要影响,提出了解决这一问题的办法。同时利用本文提出的欧姆接触的形成物理机制,合理解释了不同结构的欧姆接触热稳定性表现规律。
⑸针对AIGaN/GaN异质结上欧姆接触,提出并制备出基于多层Ti/A1的新欧姆接触结构,实验结果表明该结构可以大幅提升欧姆接触性能。同时本文系统阐述了多层金属接触形成的物理机制,及其热稳定性问题。通过本论文工作,开发出一种基于多层Ti/A1的新欧姆接触结构,给出了相关的工艺优化方案,并确定出相关的结构和工艺参数。