GaN基高压功率器件场区离子注入隔离工艺研究(2)
最大工作温度T(℃) 300 300 600 700
表1-1列出了几种常见半导体材料物理参数。对比可知，第三代半导体材料具有如下优点：
1.禁带宽度大：宽禁带使材料能够承受更高电压和更高温度。GaN禁带宽度为Si的三倍，其工作温度可以达到700℃，因此能够应用到更高温度的环境下。
2.高击穿电场：高击穿电场意着材料能工作于更高电压，从而提高输出功率[6]。
3.电子饱和速度高：电子饱和速度高意着高开关性能和强电流处理能力，高频性能优异。开关电源的开关速度提高的同时，电容器、电感器和变压器等外围器件可以实现小型化[6]。
4.良好的热导率：良好的导热性有利于散热，保证器件稳定工作，降低系统对冷却系统的要求[6]。同时，第三代半导体材料比第一代和第二代材料还具有更稳定的化学性质和耐辐射等特性，可以在更加恶劣的环境中工作。
综上所述，AlGaN/GaN HEMT，由于具有高的禁带宽度、高的击穿场强、高电子饱和漂移速度和良好的导热性能等优异特性，非常适合于高频、高温和大功率应用领域，如无线通信基站、雷达、汽车电子、马达控制、电网传输及航天工业等。
1.2 研究现状
1.2.1 台面刻蚀
1.2.2 离子注入隔离
1.2.3 总结
用于GaN HEMT有两种隔离技术：离子注入和台面刻蚀。每一方法都有其优点和缺点。台面刻蚀具有各向异性、对不同材料选择比差别较大、均匀性与重复性好、易于实现自动连续生产，但是台面侧壁可能导致栅极漏电流增加、击穿电压降低，台阶过深会导致爬坡金属容易断裂。因此，台面刻蚀隔离技术适合制备小器件（总栅宽较小的器件）。与台面工艺相比，离子注入可以达到更好的工艺完整性和更高的复杂性[13]。由于衬底质量和器件制作工艺的不断改进，离子注入技术逐渐变为隔离技术的首选方法[13]。离子注入允许所希望的平坦化外观，并可产生更精确的器件几何尺寸，这对于高成品率和高可靠性及制造高密度电路是必不可少的[13]。在大功率器件的制备中，离子注入就成为不可或缺的隔离技术。
目前能够在GaN中实现注入隔离的离子种类很多。较轻离子注入深度大，有利于实现深隔离，但热稳定性比较差；较重离子注入后所形成的高阻热稳定性好，但可能引起较大的注入表面损伤，严重的情况下引起材料无定形化、分解形成多孔状等。为了成功地实现器件隔离，选择注入离子、控制离子剂量、离子束纯度和离子能量都是非常关键的[13]。
1.3 本论文的主要研究内容
综上所述，AlGaN/GaN HEMT高压大功率开关器件已成为下一代功率开关器件的重要研究方向，器件的隔离工艺还需要进一步的探索研究。
本论文采用离子注入平面隔离工艺，针对AlGaN/GaN HEMT器件的隔离工艺开展系统的研究，将离子注入隔离与后续工艺的高温过程联系起来，实现工艺流程上的兼容一致；优化隔离注入的工艺条件，分析出较佳的工艺窗口。具体内容如下：
(1)探索注入离子种类对离子注入形成的高阻层电阻的影响；
(2)探索入射能量对离子注入形成的高阻层电阻的影响；
(3)探索离子剂量对离子注入形成的高阻层电阻的影响；
(4)并分析各种离子注入条件的隔离机理。