研究目的
采用扩散控制界面氧化技术研究基于GaN的MOS异质结界面特性与能带偏移量。
研究成果
DCIO技术通过形成晶态界面层、减少界面电荷并增加导带偏移，显著提升了氮化镓基MOS-HEMTs的界面质量。该方法为提升器件性能提供了极具前景的途径。
研究不足
该研究聚焦于Al2O3/AlGaN/GaN异质结构，可能不直接适用于其他材料体系。假设氧化物厚度对极化和表面施主的影响可忽略，这一假设未必适用于所有情况。
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基于扩散控制界面氧化技术的GaN基MOS异质结构界面特性与能带偏移研究
DOI：10.1088/1361-6641/ab8356
期刊：Semiconductor Science and Technology
出版年份：2020
更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要：
本文研究了采用扩散控制界面氧化（DCIO）处理的Al2O3/AlGaN/GaN金属-氧化物-半导体（MOS）异质结构的界面特性与能带偏移。在常规湿法清洗和氮化等离子体表面预处理后，通过原子层沉积制备了1 nm Al2O3层，随后进行30分钟原位等离子体辅助界面氧化。该界面氧化过程受氧化剂通过预沉积Al2O3层的扩散限制，有助于形成高质量结晶界面氧化层。对于24.1 nm Al2O3的MOS异质结构，采用DCIO技术获得了1.8 V的正阈值电压偏移。通过X射线光电子能谱（XPS）分析了Al2O3/AlGaN界面的能带结构与能带偏移，结果显示DCIO处理使导带偏移从2.29±0.37 eV增至2.92±0.36 eV。同时Al2O3能带斜率降低，表明内电场强度和界面电荷减少。这两种情况下的Al2O3能带可能在某点相交，由此确定栅氧临界厚度。总体而言，DCIO减少界面电荷导致正电压偏移，而当Al2O3厚度小于临界值时电压偏移符号将改变。有无DCIO处理的MOS异质结构均呈现阈值电压与Al2O3厚度的良好关系，临界氧化层厚度约1 nm。DCIO使线性函数斜率降低约0.08 V/nm，表明界面电荷减少了3.96×1012 cm-2。
作者：
Jiejie Zhu，Yingcong Zhang，Xiaohua Ma，Siyu Liu，Siqi Jing，Qing Zhu，Minhan Mi，Bin Hou，Ling Yang，Michael J. Uren，Martin Kuball，Yue Hao
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