Автореферат (1144205), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

4 представлены XPS спектры, соответствующиепотолку валентной зоны поверхности образцов GaN.Рисунок 4. XPS спектры потолка валентной зоны. 1 – необработанный образец; 2 –обработка в BCl3 плазме при напряжении смещения 20 V; 3 – обработка при напряжениисмещения 40 V. Спектры смещены по вертикали для ясности. Пунктирные линиисоответствуют нулевому уровню XPS сигнала. Прямые линии – результат линейнойэкстраполяции низкоэнергетического края XPS спектров. Стрелки указывают точкипересечения уровня нулевого сигнала с результатом линейной экстраполяции XPSспектров.10Энергия 0 eV на оси абсцисс соответствует энергетическому положению уровняФерми (EF) поверхности GaN.

Энергетическое положение потолка валентнойзоны (Ev) было определено (см. рис. 4) путем линейной экстраполяциинизкоэнергетического края XPS спектра к нулевому уровню сигнала,аналогично методике, приведенной в [10]. Экспериментально определенная (см.рис. 4) величина ∆ = EF-EV позволяет определить высоту поверхностногобарьера (Eb), поскольку Eb=Ec - EF= Eg - ∆, где Eg – ширина запрещенной зоны,равная для GaN 3.4 eV. Как видно из рис. 4 обработка в BCl3 плазме приводит куменьшению поверхностного барьера.

При этом обработка в режиме со среднейэнергией ионов равной 40 eV является наиболее эффективной, так как при этомпонижение поверхностного барьера по сравнению с необработанным образцомдостигает величины порядка 420 meV.На рис. 5 представлено разложение XPS спектра уровня Ga3d на компоненты,отвечающие химическим связям Ga – N и Ga – O, используя свертку функцийГаусс-Лоренца. Как можно видеть, в результате обработки заметно уменьшаетсядоля компоненты, отвечающей Ga – O связям.22212019182221b2019Binding Energy, eV12345Intensity, a.u.aBinding Energy, eV12345Intensity, a.u.Intensity, a.u.12345182221c201918Binding Energy, eVРисунок 5. Разложение XPS спектра уровня Ga3d на компоненты, отвечающиехимическим связям Ga – N и Ga – O с помощью свертки функций Гаусс-Лоренца.

1 –экспериментальный спектр; 2 – компонента Ga – N, полученная в результате разложенияспектра; 3 - компонента Ga – O; 4 – фоновый XPS сигнал; 5 – полная аппроксимацияэкспериментального спектра. Здесь а – необработанный образец; b – образец послеобработки в BCl3 при напряжении смещения 20 V; c– образец после обработки в BCl3 принапряжении смещения 40 V.Таким образом, при обработке в BCl3 плазме происходит эффективное удалениеокислов с поверхности GaN.На рисунке 6 показано изменение отношения Ga/N в поверхностном слое,полученное из анализа XPS спектров высоко разрешения остовных уровнейGa3d и N1s. Как можно видеть из данного рисунка, в результате плазменнойобработки происходит существенное уменьшение содержания азота наповерхности, т.е.

определенно имеет место образование азотных вакансий. Приэтом наиболее насыщенная галлием поверхность образуется в результатеобработки в режиме с напряжением смещения на подложке равным 40 V.Измерения показали, что при плазменной обработке с напряжением смещения40 V достигается заметное снижение контактного сопротивления [A5].11Рисунок 6. Отношение Ga/N, полученное из анализа XPS спектров уровней Ga3d и N1s, взависимости от напряжения смещения при плазменной обработке.Суммируя данные, приведенные выше, можно сделать вывод о том, что,обработка поверхности структуры в BCl3 плазме в ICP-RIE режиме снапряжением смещения на подложке равным 40 V (такое смещениесоответствует энергии ионов порядка 40 eV) позволяет уменьшитьповерхностный потенциальной барьер за счет образования донорных вакансийазота, эффективно удалять поверхностный окисел, препятствует образованиюполимерной пленки типа BCLx, что в итоге приводит к уменьшениюсопротивления омических контактов.В пятой главе приведены результаты экспериментального исследованиявоздействия плазы разряда в SF6 на поверхностные свойства HEMT структур наоснове III-нитридов.

Показано, что плазменная обработка поверхности верхнегоGaN cap-слоя HEMT структур на основе AlGaN/GaN в емкостном газовомразряде в среде SF6 приводит к существенному увеличению напряженияповерхностного пробоя AlGaN/GaN HEMT структур [A6]. Рис. 7 демонстрируетизменение напряжение пробоя между тестовыми металлическими контактами,произошедшее в результате указанной плазменной обработки.-310-4Current, A10-510-610-710-810-91012-1010Breakdown-1110-140 -120 -100-80-60-40-200Voltage, VРисунок 7. Типичная Вольтамперная характеристика тестового элемента сметаллическими контактами Ni/Au без (1) и после (2) плазмохимической обработки вSF6.12Видно, что в результате плазмохимической обработки в газовом разряде SF6пробивное напряжение возросло с 32 В на необработанной части структуры до,как минимум, 150 В на обработанной в разряде SF6 части структуры.На рисунке 8 представлено разложение XPS спектра остовного уровня Ga3d накомпоненты, отвечающие химическим связям на поверхности.

Рисунок 8bпоказывает XPS спектры, соответствующие образцу после обработки в плазмеSF6. Видно, что XPS-линия остовного энергетического уровня Ga3d приобреласильную асимметрию в результате плазменной обработки, что мы связываем сзамещением оксида галлия на фторид галлия (GaF3). Здесь (рис. 8b) такжепредставлено разложение уровня Ga3d на химические связи Ga–N и Ga–F.Можно видеть, что пик Ga-F возрос после обработки. Это означает, чтопроизошло замещение атомов кислорода атомами фтора с образованием болеепрочной химической связи.a26242220181612345Intensity, a.

u.a. u.Intensity,28b12345281426242220181614Binding energy, eVBinding energy, eVРисунок 8. а - Разложение XPS-спектра уровня Ga3d на компоненты, отвечающиехимическим связям Ga−N и Ga−O, с помощью свертки функций Гаусс−Лоренца длянеобработанного образца; 1 — экспериментальный спектр, 2 — компонента Ga−N,полученная в результате разложения спектра, 3 — компонента Ga−O, 4 — фоновыйXPS-сигнал, 5 — полная аппроксимация экспериментального спектра. b - РазложениеXPS-спектра на компоненты, отвечающие химическим связям Ga−N и Ga−F, спомощью свертки функций Гаусс−Лоренца для образца обработанного в плазме SF6; 1— экспериментальный спектр, 2 — компонента Ga−N, 3 — компонента Ga−F, 4 —фоновый XPS-сигнал, 5 — полная аппроксимация экспериментального спектра.Анализ XPS спектров потолка валентной зоны (см. рис.

9) показал, чтоплазменная обработка поверхности GaN верхнего cap-слоя HEMT структуры вемкостном газовом разряде в среде SF6 приводит к образованию смешаннойповерхностной полярности или даже инверсии поверхностной полярности GaN,что проявляется, согласно опубликованным данным [10, 11], в изменениисоотношения амплитуд пиков PI (~5 eV) и PII (~10 eV) в XPS спектрах, потолкавалентной зоны. Соотношение амплитуд таких пиков коррелирует сполярностью поверхности: преобладание пика PI отвечает Ga-полярной13поверхности у слоев GaN, в то время как преобладание PII отвечает N-полярнойповерхности [10, 11].120PIIntensity, a.u.100PII1280S6040200-4-20246810 12 14 16Binding energy, eVРисунок 9.

1 — XPS спектр потолка валентной зоны структуры без плазмохимическойобработки; 2 — XPS-спектр потолка валентной зоны структуры после плазмохимическойобработки в газовом разряде SF6.Таким образом, встраивание фтора в поверхность cap-слоя HEMT структурыприводит к замене оксида галлия на более прочную химическую связь фторидагаллия. Увеличение поверхностного пробоя HEMT структур может бытьсвязано с уменьшением плотности поверхностных состояний за счет замещенияповерхностной оксидной пленки типа GaxOy на более прочную пленку типаGaFx. Анализ профиля потолка валентной зоны показал, что в результатеплазменной обработки в разряде SF6 имеют место эффекты, аналогичныеобразованию смешанной поверхностной полярности или даже инверсииполярности cap-слоя GaN.В шестой главе представлены результаты экспериментального исследованиявоздействия N2 плазмы на DC характеристики HEMT транзистора на основе IIIнитридов.

Анализ изменения токов насыщения показал, что уменьшениечастоты ВЧ генератора с 13,56 MHz до 100 kHz приводит к катастрофическомупадению тока насыщения (до пяти раз [A8]). С помощью стандартногоэнергоанализатора [8] были проведены измерения спектра энергии ионов в14разряде азота при различных частотах плазменного ВЧ генератора [A9].Экспериментально продемонстрировано, что во время плазменной обработки начастоте 13,56 MHz максимальная энергия ионов не превышает значения 40 eV.Напротив, с понижением частоты возникает высокоэнергичная часть спектра, ипри частоте генератора 440 kHz энергии ионов могут достигать значенийпорядка 200 eV. Падение токов насыщения транзистора в результатеплазменной обработки высокоэнергетичными ионами может быть связано собразованием на поверхности GaN cap-слоя транзисторной структурызарядовых центров (зарядов, связанных с поверхностными состояниями),которые приводят к дополнительному кулоновскому рассеянию носителей в2DEG канале, что в свою очередь приводит к падению тока насыщенияприборов.

Значительное падение подвижности электронов в 2DEG каналетранзисторапослевоздействияN2плазмыбылоподтвержденоэкспериментально [A9].В седьмой главе подробно описана разработанная технология созданияминиатюрного (планарного) энергоанализатора на кремниевой основе сшестигранными ячейками сеток [A10] с привлечением методовмикроэлектронной технологии, а именно фотолитографии и плазменноготравления [A11]. Такой планарный энергоанализатор позволяет проводитьизмерение спектра энергий заряженных частиц непосредственно в плазменномреакторе, без использования дополнительной камеры с дифференциальнойоткачкой. Была произведена проверка работоспособности такого миниатюрногоэнергоанализатора.Вработетакжепредставленырезультатыэкспериментального исследования и численного моделирования влиянияэлементов конструкции на величину уширения энергетического спектразаряженных частиц в четырехсеточных энергоанализаторах для случаевизмерения функции распределения ионов по энергиям, движущихся в слоевысокочастотного емкостного разряда без столкновений с нейтральнымичастицами газа.

Приведены зависимости уширения от величины напряжения, отрасстояния между сетками и от размера ячеек анализирующей сетки. Показаныпути оптимизации характеристик прибора.В заключении сформулированы основные результаты данной диссертационнойработы:1. Проведено исследование механизма влияния обработки поверхности вBCl3 плазме на формирование омических контактов к структурамHEMT транзисторов на основе III-нитридов.2. Экспериментально продемонстрировано, что плазменная обработка всреде BCl3 в ICP-режиме приводит к образованию полимерной пленкитипа BxCly на GaN поверхности верхнего cap-слоя HEMT структуры.Эта полимерная пленка приводит к росту удельного контактногосопротивления по сравнению с необработанной в ICP-режиме частьюполупроводниковой структуры.153. Установлен режим обработки в BCl3 плазме, позволяющий заметноснизить сопротивление омических контактов на AlGaN/GaN HEMTструктуре.

Характеристики

Список файлов диссертации