Диссертация (1144206), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Возможность изменения полярности исвязанных с ней свойств поверхности полупроводников нитридов III группытребует дополнительных исследований, в том числе с использованиемпрямых методов определения полярности.Таким образом, плазмохимическая обработка в емкостном газовомразряде SF6 поверхности верхнего cap-слоя GaN HEMT-структур на основеAlGaN/GaN приводит к существенному увеличению пробивного напряжениямежду тестовыми металлическими контактами Шоттки.
XPS анализповерхностных химических связей свидетельствует о замене оксида галлиянаболеепрочнуюхимическуюсвязьфторидагаллия.увеличениеповерхностного пробоя HEMT структур может быть связано с уменьшениемплотности поверхностных состояний за счет замещения поверхностнойоксидной пленки типа GaxOy на более прочную пленку типа GaFx. Из анализапрофиля потолка валентной зоны следует, что в результате плазменнойобработки в разряде SF6 имеют место эффекты, аналогичные образованиюсмешанной поверхностной полярности или даже инверсии полярности capслоя GaN.1306 Исследование воздействия N2 плазмы на DCхарактеристики HEMT транзистора на основе IIIнитридов [A8, A9]Попытки использовать в реакторе возбуждение плазмы на частоте13,56 МГц при низких температурах (100°C) приводят к получениюнеудовлетворительновысокихзначенийпоказателяпреломлениядиэлектрических пленок (~ 2.9). По этим причинам в работе использовалсягенератор мощности на частоте 100 kHz.Несмотря на то, что выбранные режимы были самыми оптимальнымис точки зрения, во-первых, коллапса тока, во-вторых утечек транзистора взапертом состоянии, в-третьих значения показателя преломления, такаяпассивация приводит к заметному уменьшению тока насыщения (~40%).
Длявыяснения причин падения тока насыщения и дальнейшей оптимизациипроцессапассивациисталонеобходимымподробноеисследованиевоздействия плазмы низкочастотного разряда на характеристики полевоготранзистора.6.1Изменение токов насыщенияТок насыщения HEMT транзистора определяет мощность конечногоприбора [A7] и является одним из ключевых параметров транзистора. Анализизменения токов насыщения показал, что уменьшение частоты с 13,56 MHzдо 100 kHz приводит к катастрофическому падению тока насыщения вплотьдо 80% (рис. 69). Также уменьшение тока насыщения (порядка 20 %)вызывается увеличением мощности ВЧ разряда в два раза (рис.
68). При этомпри обработке транзисторных структур при 100 W ВЧ мощности на частоте13,56 MHz ток насыщения приборов практически не меняется (рис. 67).131Рисунок 67: Изменение токов насыщения после обработки в CCP режиме в среде N2 начастоте 13.56 MHz и мощности 100 WРисунок 68: Изменение токов насыщения после обработки в CCP режиме в среде N2 начастоте 13.56 MHz и мощности 200 W132Рисунок 69: Изменение токов насыщения после обработки в CCP режиме в среде N2 начастоте 100 kHz и мощности 100 WИзменениетока насыщенияпотребоваловыяснение механизмавоздействия и поиска путей решения проблемы уменьшения тока насыщения.Для создания рабочих гипотез были дополнительно измерены спектрыоптического излучения из плазмы.
Такой анализ показал наличие как внизкочастотном разряде (100 kHz), так и в случае высокой мощности (200 W)в высокочастотном разряде (13.56 MHz) высокой интенсивности линии N2+391.4 nm(рис.70).Из-заотсутствиядругихотличительныхчертнизкочастотного или мощного разряда именно эта особенность связывается вработе с деградацией токов насыщения прибора.Представляется, что такое изменение интенсивности линии связано с+увеличением доли ионов N2 в плазме разряда [A8]. Также были проведеныизмеренияэнергетическогоспектраионов,бомбардирующихHEMTструктуру, c помощью энергоанализатора (см.
главу 3). Результатыизмерений энергетических спектров представлены ниже.133Рисунок 70: спектр OES азотной плазмы на частотах разряда 100 kHZ И 13.56 MHZ6.2Эксперимент по изучению спектра энергии ионов и их влияния наток насыщенияВ эксперименте по изучению спектра энергии ионов использовалсяразряд в азоте. Остальные параметры, такие как давление газа, частота ивкладываема мощность варьировались. Общая картина экспериментаприведена в таблице №.6 Функции распределения ионов по энергиямприведены на рисунках ниже (рис.
71 – рис.81) Также для каждой кривойзадержки приведены значения амплитуд напряжений, измеренные вовремя эксперимента.Видно, что в разряде на частоте 13,56 MHz максимальная энергияионов, слабо зависит от вкладываемой мощности, давления газа и непревышает значения Emax = 40 eV. Напротив, с понижением частоты134возникает высокоэнергичная часть спектра, и при частоте генератора 440 kHzэнергии ионов могут достигать 200 eV [A9].Для объяснения причин падения токов насыщения в результатебомбардировки высокоэнергетичными молекулярными ионами N2+ былаподготовлена тестовая HEMT структура идентичная той, что использоваласьдля оценки величины падений токов насыщения. Данная структура быларазделена на четыре образца, на которых были произведены измеренияподвижности и концентрации носителей в 2DEG канале стандартнымметодом Ван дер Пау.
Подвижность и концентрация носителей на образцахсоставляли1100 cm2/V·sи1.3·1013 cm-2соответственно.Результатыплазменной обработки в газовом разряде в среде N2 на частоте 100 kHz, втечение 5, 10, 20 и 60 секунд приведены в таблице 5.ОбразецдлительностьПодвижностьКонцентрацияобработки[cm2/V·s][cm-2][сек]1None11001.3·10132510001.2·10133105801.1·10134204601.0·10135601051.2·1012Таблица 5: Изменение подвижности и концентрации носителей в HEMT структуре врезультате плазменной обработки в газовом разряде в среде N2 на частоте 100 kHzИз таблицы 5 видно, что при увеличении времени плазменнойобработки происходит существенное падение подвижности двумерныхэлектронов, так увеличение времени обработки с 5 до 10 секунд приводит кпадению подвижности почти в два раза, хотя концентрация электронов приэтом изменяется не более чем на 10%.
Тем не менее, увеличение времени135плазменной обработки приводит также и к уменьшению концентрацииэлектронов в канале транзистора.Таким образом, падение токов насыщения HEMT транзисторныхструктур можно объяснить уменьшением подвижности носителей в каналетранзистора [209, 210]. Описанный ранее режим плазменной обработки неприводит к распылению и травлению структуры AlGaN/GaN и энергии ионовне достаточны для проникновения глубже чем на несколько монослоев, топадение токов насыщения транзистора может быть связано с образованиемна поверхности транзисторной структуры зарядовых рассеивающих центров,которые приводят к кулоновскому рассеянию носителей в 2DEG канале.Необходимо подчеркнуть, что применяемый в экспериментах поопределениюспектраэнергииионовэнергоанализаторнепозволялпроизводить диагностику непосредственно в той установке, в которойпроводилась обработка реальных HEMT структур.
Поэтому возникланеобходимость создания планарного-миниатюрного энергоанализатора длядиагностики реальных технологических процессов непосредственно впромышленных реакторах.136Рисунок 71: Функция распределенияионов по энергиям на частоте 13.56 MHz,при давлении 65 mTorr.Вкладываемая мощность 57 W,=126 VРисунок 72: Функция распределенияионов по энергиям на частоте13.56 MHz, при давлении 65 mTorr.Вкладываемаямощность80 W,=150 V137Рисунок 73: Функция распределенияионов по Функция распределения ионовпо энергиям на частоте 13.56 MHz, придавлении65 mTorr.Вкладываемаямощность 202 W,=224 VРисунок 74: Функция распределенияионов по энергиям на частоте 13.56 MHz,при давлении 120 mTorr.
Вкладываемаямощность 60 W,=106 VРисунок 75: Функция распределенияионов по энергиям на частоте 13.56 MHz,при давлении 120 mTorr. Вкладываемаямощность 85 W,=128 VРисунок 76: Функция распределения ионов поэнергиям на частоте 13.56 МГц, при давлении120 mTorr. Вкладываемая мощность 140 W,=150 V138Рисунок 77: Функция распределения ионов поэнергиям на частоте 1.76 MHz, при давлении90 mTorr. Вкладываемая мощность 14 W,=625 VРисунок 78: Функция распределенияионов по энергиям на частоте 1.76 MHz,при давлении 130 mTorr.
Вкладываемаямощность 11 W,=465 VРисунок 79: Функция распределенияионов по энергиям на частоте 440 kHz,при давлении 75 mTorr. Вкладываемаямощность 4 W,=92 VРисунок 80: Функция распределения ионов поэнергиям на частоте 440 kHz, при давлении120 mTorr. Вкладываемая мощность 4 W,=92 V139Рисунок 81: Функция распределения ионов по энергиям на частоте 440 kHz, придавлении 180 mTorr.
Вкладываемая мощность 4 W,=92 V№,, V.W, WP,mTorr,eV.АмплитудаВкладывВысокоэВЧаемая внер-напряжения,разрядвнутрраяженгетичнаяприложенномощностзряднойиеграницаго к разряду.ькамерсмещыения.ФРЭДавлениеVНаприонов.12345638373737373612978812313.56 MHz1061481281261512241.76 MHz616465440 kHz92929260142855780202120120120656565275425335315380555141190130515365247502412000024180000Таблица 6. Варьируемыепараметры разряда в N2: давление газа, частота и вкладываема00мощность1407Планарный Энергоанализатор [A10,A11]Одной из задач, поставленных в данной работе, была разработкатехнологии создания миниатюрного (планарного) энергоанализатора [A10]накремниевойосновеспривлечениемметодовмикроэлектроннойтехнологии, а именно фотолитографии и плазменного травления [A11].
Такойпланарный энергоанализатор позволит проводить измерение спектра энергийзаряженных частиц непосредственно в плазменном реакторе, на одном изэлектродов, без использования дополнительной камеры с дифференциальнойоткачкой.Былапроизведенапроверкаработоспособноститакогоминиатюрного энергоанализатора.Также в данной работе будет проведено экспериментальное ичисленное исследование влияния элементов конструкции на величинууширения энергетического спектра заряженных частиц в четырехсеточныхэнергоанализаторах для случаев измерения функции распределения ионов поэнергиям, движущихся в слое ВЧЕ разряда без столкновений с нейтральнымичастицами газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
