當前位置 >>  首頁 >> 綜合信息 >> 頭條新聞

頭條新聞

微電子所在氮化鎵界面編輯方面取得新進展

稿件來源:高頻高壓中心 王鑫華 韓超 發布時間:2021-02-24

  近日,中科院微電子所高頻高壓中心劉新宇研究員團隊與中科院合肥物質科學院固體物理所劉長松研究員團隊、微電子所先導中心工藝平臺合作在GaN界面編輯領域取得了新進展,揭示了低壓化學氣相沉積(LPCVDSiNx/GaN界面晶化的形成機理,在理論上創新定義了θ-Ga2O3結構,并將1ML θ-Ga2O3薄層插入界面調控未飽和原子化學鍵,進而有效抑制了界面帶隙電子態密度。 

  對于下一代平面和垂直型GaN電子器件,能否將薄膜介質集成到III-N材料中至關重要,高質量界面和對電應力的高耐受性是薄膜材料選擇的主要標準和潛在挑戰。目前,在III-N表面已采用多種材料作為鈍化和柵極介電層以提高器件性能和可靠性,其中包括團隊前期研究的LPCVD-SiNx介質,其具有高溫耐受性、結構致密、無離子損傷、高TDDB特性等優勢。但由于高沉積溫度(約780°C)和非故意氧殘留,在SiNx沉積過程中會發生復雜反應,導致界面處存在混合成分,包括非晶相和結晶相,甚至是不連續的產物。從能量角度考慮,這種扭曲的局部鍵和無序粗糙晶化物質會導致帶隙中高電子態密度,進一步導致意外的電流崩塌或表面泄漏電流。將無序晶化區域最小化并獲得晶態向非晶態的急劇轉變是最小化態密度的潛在方法之一。根據之前的研究結論(見[X.Y. Liu, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 21721-21729]),LPCVD-SiNx /GaN界面之間晶化相Si2N2O形成機理與調控技術值得研究。另一方面,即使在界面上合成了完全有序的Si2N2O晶體,仍然存在較為明顯的近導帶態密度,需要對界面進行原子級編輯,以期找到界面原子鍵態飽和的定量定義,從而指導界面態抑制工作。 

  本項研究通過深度剖析的高分辨率X射線光電子能譜技術,解析了LPCVD-SiNx/GaN界面反應物和生成物的化學成分,分析了界面部分晶化超薄層的形成機理;結合反應吉布斯自由能變化的可行性分析,提出了一個合理的生成Si2N2O的化學反應方程式,并認為GaN表面高能活化的Ga2O可能有助于結晶成分的合成;創新定義了θ-Ga2O3結構,并將1ML θ-Ga2O3過渡層插入Si2N2O / GaN界面超胞結構中,用于編輯界面未飽和的化學鍵。該項研究在理論上證明,當界面不飽和原子的有效電荷數調整到一定區間時,界面可以實現低態密度水平。 

  該工作以Partially Crystallized Ultrathin Interfaces between GaN and SiNx Grown by Low-Pressure Chemical Vapor Deposition and Interface Editing為題發表在[ACS Appl. Mater. Interfaces2021, 13, 6, 77257734]期刊(DOI:10.1021/acsami.0c19483)。劉新宇研究員、黃森研究員為論文共同通訊作者,王鑫華副研究員為論文第一作者。研究得到國家自然科學基金重大儀器項目/重點項目/面上項目、中科院前沿重點項目等資助。 

  ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊服務于化學家、工程師、物理學家和生物學家的跨學科團體,專注于如何開發和使用新發現的材料和界面工藝以用于特定應用。 

  相關論文連接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c19483 

 

界面晶化層形成機理與原子級界面編輯

附件:
彩神-开户