Al₂O₃/自然氧化层/n-GaN电容器的金属化后退火特性

摘要： 本研究通过后金属化退火（PMA）工艺，探究了Al2O3/自然氧化层/n-GaN MOS电容器的特性。分别采用仅硫酸双氧水混合液（SPM）清洗和SPM联合缓冲氢氟酸清洗的方法，在n-GaN表面制备了由ε相与γ相Ga2O3构成的自然氧化层（自然氧化层组）及氧化层减量样品（减量组）。采用原子层沉积法生长Al2O3时，未观察到三甲基铝前驱体对自然氧化层的去除效应。初始生长的电容器（自然氧化层组）呈现约30 mV的小平带电压（Vfb）滞后和显著的频率色散，表明Al2O3初始生长导致GaN表面形成电学缺陷。经300°C PMA处理后，器件的Vfb滞后和频率色散均得到显著改善。根据等效电容厚度与Vfb关系推算的正固定电荷值（QIL）显示：在300-600°C PMA温度范围内，初始生长电容器和PMA处理电容器的QIL分别为+6.1×10^12 cm^-2与+0.4-1.0×10^12 cm^-2。采用电导法测定的界面态密度（Dit）经300°C PMA处理后也降低了一个数量级。自然氧化层组和减量组均呈现QIL与Dit数据的相同变化趋势，说明该中间层对Al2O3/自然氧化层及Al2O3/改性自然氧化层界面的固定电荷产生影响甚微。因此，两种处理方式导致的电容器电学性能差异不显著。