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南科大深港微电子学院教授于洪宇课题组在《IEEE EDL》发表AlGaN/GaN欧姆接触重要研究进展

2019-11-17科研聚焦

      近日,南科大深港微电子学院教授于洪宇课题组在AlGaN/GaN欧姆接触领域取得最新进展,该成果发表在国际微电子权威期刊《IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS》(IF:3.753)。

图1论文图.png



AlGaN/GaN HEMTs 具有高的电子迁移率二维电子气2DEG,在射频以及功率器件中有极大的应用前景。其中,降低金属半导体的欧姆接触电阻对降低器件源漏电极寄生电阻起到关键作用,直接影响到器件的源漏输出电流、导通电阻、击穿电压等性能参数。高质量的低欧姆接触在AlGaN/GaN射频器件中尤为重要。

对于AlGaN/GaN欧姆接触,传统的Ti/Al多层膜,比如Ti/Al/W, Ti/Al/TiN, Ti/Al/Ti/TiN常被应用到无金欧姆接触工艺中。在退火过程中Ti能够有效萃取AlGaN中的N,从而在AlGaN中留下大量N空位从而提高电子浓度,有利于欧姆接触的形成;Al在退火过程中能够起到抑制AlGaN中Al大量外扩散的作用,Al大量外扩散会大大降低二维电子气的浓度,不利于欧姆接触。因此在Ti/Al多层金属膜中,Ti/Al的厚度比在欧姆接触中非常敏感;同时,Ti/Al多层膜在退火过程中会由于过度合金化而造成粗糙度的问题。因此对于传统的Ti/Al多层膜金属,工艺窗口小且很难在无刻蚀凹槽工艺的条件下实现高质量低的欧姆接触。于洪宇课题组提出一种新的欧姆接触金属材料,可以实现在无刻蚀凹槽工艺条件下的低欧姆基础(<0.1Ω∙mm),能够满足射频器件的欧姆接触要求。

图2.png

AlGaN/GaN-TixAly合金欧姆接触的电学特性

于洪宇课题组提出用TixAly合金金属层作为欧姆直接接触层。经过CTLM电学测试表明TiAl合金的欧姆接触在退火后可达到0.063Ω∙mm的接触电阻值,达到先进水平。得益于二中金属的协同作用,在退火初级阶段Ti、Al二种金属可以发挥作用。欧姆电学测试结果:欧姆电学测试结果:Ti1Al5/TiN,Ti1Al1/TiN,Ti5Al1/TiN样品在较高温度退火后分别得到欧姆接触电阻Rc~0.555 Ω∙mm,0.236 Ω∙mm, 0.063Ω∙mm。Ti5Al1/TiN 样品在880℃退火后,可得到~0. 1Ω∙mm平均欧姆接触Rc,最小可达到0.063Ω∙mm,完全达到射频器件的欧姆接触要求(<0.1Ω∙mm)。TEM-EDX元素分析表征进一步验证了Ti对N的萃取作用以及不同Ti/Al原子比对最终欧姆特性的影响体现。本工作为AlGaN/GaN无金欧姆接触开辟了一条新途径。

图3.png

TEM-EDX表征分析结果

 

EDL审稿中也对此工作给出很高的评价:

“Comments to the Author:

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The authors presented a study on Au-free ohmic contacts to GaN that are based on a sputtered TiAl metal stack.  The result (<0.1 ohm-mm) on the best sample is extremely good for an alloyed contact to GaN.  The paper is well written, and the technical work is described well. The paper is of archival quality。”

 

“Note from Editor to Author:

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This is a strong paper with a noval method of achieving very low contact resistance and I believe it is high impact”

 

该研究工作中,于洪宇教授与复旦大学蒋玉龙教授为通讯作者,深港微电子学院访问学生范梦雅为论文第一作者。

 

论文链接:

https://ieeexplore.ieee.org/document/8897034




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