Comparison of alloyed and non-alloyed ohmic contacts in GaN/algan HEMT for Ka band radar applications

Galyum Nitrür (GaN) bazlı Yüksek Elektron Hareketlilik Transistörü (HEMT), yüksek kırılma alanı, yüksek elektron sürüklenme hızı, yüksek çalışma sıcaklıkları gibi benzersiz malzeme malzeme özellikleri nedeniyle yüksek güçlü ve yüksek frekanslı uygulamalar için en güçlü alternatiftir. Düşük bir omik temas direnci (Rc), yüksek frekans ve yüksek çıkış gücünde cihaz performansını artırmak için kritik öneme sahiptir. Farklı metal türlerine ve metal katman kalınlıklarına sahip çeşitli metal alaşımlar rapor edilmiştir. GaN tabanlı HEMT aygıtlarında omik kontak metal oluşturmak için elektron demet buharlaştırma yönteni ile buharlaştırılmış Ti / Al / Ni / Au metal alaşımları yaygın olarak kullanılmaktadır. Genel olarak Ti bazlı omik kontaklar, 800 °C'nin üzerinde tavlama sıcaklıkları gerektirir. Yüksek sıcaklıklarda (800 °C'nin üzerinde) metal yığınlarının tavlanması, metal yüzey morfolojisinde ve metal kenar keskinliğinde bozulmaya yol açar ve bu durum aygıt üretiminde başta kapı kontak metal hizalaması olmak üzere sonraki aşamaların gerçekleştirilmesini zorlaştırır. Yüksek tavlama sıcaklıkları ayrıca epitaksiyel heteroyapı kalitesinde bozulmalara neden neden olabilir. HEMT aygıtı Ka-bandında (26.5GHz-40GHz) ve daha yüksek frekanslarda çalıştırmak için kapı uzunluğu (Lg) ve kaynak- akaç aralığı dahil olmak üzere transistör boyutlarını azaltmak önemlidir. Bunu gerçekleştirmek için, transistörün daha düşük direnç ve daha pürüzsüz omik kontak morfolojisi ile birlikte uygun epitaksiyel tasarıma sahip olması gerekir. Sadece omik kontak direnci değil, aynı zamanda küçültülmüş HEMT'nin omik kontak morfolojisi ve metal kenar keskinlikleri de çok önemlidir çünkü kapı hizalaması dahil olmak üzere sonraki üretim adımlarını etkiler. Girinti aşındırma ile metal kontakların düşük sıcaklıkta tavlanması (600oC), küçültülmüş GaN tabanlı HEMT'lere omik kontak metallerinin oluşturulmasının alternatif bir yoludur. Daha düşük sıcaklıklarda tavlama, metal yüzey morfolojisini makul tutmak için iyidir, ancak bu yöntem, HEMT cihazları için iyi olmayan daha yüksek temas dirençlerine neden olabilir. İmplantasyon, küçültülmüş HEMT'ler için omik kontaklar oluşturmanın başka bir yolu olabilir. İmplantasyonu yapılan atomların yüksek sıcaklıkta (~1200oC) tavlanması gerekir, bu da epitaksiyel katmanların büyüme sıcaklığı genellikle 900oC-1200oC aralığında olduğundan epitaksiyel kalitenin bozulmasına neden olabilir. Yeniden büyütme yöntemi omik kontak metallerin tavlanmasını gerektirmeyen ve alaşımlı ohmik kontaklara kıyasla çok daha iyi metal yüzey morfolojisi sağlayan bir omik kontak üretim yöntemidir ve bu özelliğinden dolayı oldukça ilgi görmektedir. Hem Moleküler Demet Epitaksi (MBE) yöntemi hem de Metal Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD) yöntemi ohmik kontaklar oluşturmak için GaN esaslı malzemelerin yeniden büyütülerek omik kontak üretim yönteminde kullanılırlar. Bu amaçla, bu çalışmada, Ka bandı uygulaması için belirlenmiş GaN tabanlı HEMT aygıt üretimi için MOCVD yeniden büyütme yöntemi ile üretilen InGaN alaşımsız omik kontakların geliştirilmesini açıklamaktadır. Bildiğimiz kadarı ile, Ka-bant uygulamaları için GaN tabanlı HEMT aygıtlarında MOCVD yeniden yöntemi kullanarak InGaN katmanlarının üretilmesi ve bu katmanları omik kontak üretiminde başarıyla uygulayan ilk grup biziz. Tüm mikrofabrikasyon işlemleri işlemleri Orta Doğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ) Kaplama ve İnce Film Laboratuvarı ve AB MicroNano Firması'nda gerçekleştirildi. Önceden desenlenmiş wafer üzerine MOCVD yöntemi ile yeniden büyütülmüş ve omik kontak oluşturmak için çok önemli olan 1020cm-3'ün üzerinde yüksek katkılama konsantrasyonu elde edilmiştir. Üretimi yapılan metal kontak yüzeylerinin yüzey morfolojisinin mükemmel olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca performans karşılaştırması yapmak için alaşımlı omik komtaklara sahip olan HEMY aygıtların üretimi de yapılmıştır. Bu çalışmanın en önemli noktaları arasında: alaşımlı omik kontaklı HEMT ile karşılaştırıldığında, alaşımsız yeniden büyütülmüş InGaN ohmik kontakların 0.3 .mm'ye kadar iyileştirilmiş kontak direnci yer almaktadır. Hem kaynak-akaç akımı (Ids), hem transkondüktansta (gm) hem de küçük sinyal performansında yaklaşık % 7'lik bir iyileşme gözlenmiştir. Transistör büyük sinyal ölçümleri, MOCVD yeniden büyütme yöntemi ile üretilen InGaN omik kontaklı HEMT aygıtların çıkış gücünün, alaşımlı ohmik kontaklı HEMT aygıtlara kıyasla % 9 artarak 3.07 W / mm olduğu görülmüştür. Bu çalışmada, alüminyum katkılı çinko oksit (AZO) filmlerinin Atomik Katman Biriktirme (ALD) yöntemi ile üretilmiş ve karakterize edilmiştir. AZO ince filmlerinin Al oranı, değişen büyüme koşulları ile % 2-4 arasında elde edilmiştir. AZO ince filmlerde, yüksek katkılama (dejenere) kaynaklı tabaka direncinin 10-3 ohm/sq değerlerinde elde edilmiştir. MOCVD yeniden büyütme yöntemi ile elde edilen InGaN ince filmlerin elektriksel özellikleri ile benzer özelliklere sahip ALD yöntemi ile üretilen AZO ince filmler GaN temelli HEMT aygıtlarında omik kontak malzemesi için önemli bir alternatif olabilir. Bu bağlamda ALD yöntemi ile üretilen AZO ince filmlerin malzeme özellikleri incelenmiştir. İlk denemeler, optimize edilmemiş girinti aşındırma ve plazma sonrası temizleme koşulları nedeniyle beklenen sonuçları vermedi.