南科大深港微電子學院於洪宇課題組在《IEEE EDL》發表AlGaN/GaN歐姆接觸重要研究進展

近日，南科大深港微電子學院教授於洪宇課題組在AlGaN/GaN歐姆接觸領域取得最新進展，該成果發表在國際微電子權威期刊《IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS》（IF：3.753）。

AlGaN/GaN HEMTs 具有高的電子遷移率二維電子氣2DEG，在射頻以及功率器件中有極大的應用前景。其中，降低金屬半導體的歐姆接觸電阻對降低器件源漏電極寄生電阻起到關鍵作用，直接影響到器件的源漏輸出電流、導通電阻、擊穿電壓等性能參數。高質量的低歐姆接觸在AlGaN/GaN射頻器件中尤為重要。

對於AlGaN/GaN歐姆接觸，傳統的Ti/Al多層膜，比如Ti/Al/W, Ti/Al/TiN, Ti/Al/Ti/TiN常被應用到無金歐姆接觸工藝中。在退火過程中Ti能夠有效萃取AlGaN中的N，從而在AlGaN中留下大量N空位從而提高電子濃度，有利於歐姆接觸的形成；Al在退火過程中能夠起到抑制AlGaN中Al大量外擴散的作用，Al大量外擴散會大大降低二維電子氣的濃度，不利於歐姆接觸。因此在Ti/Al多層金屬膜中，Ti/Al的厚度比在歐姆接觸中非常敏感；同時，Ti/Al多層膜在退火過程中會由於過度合金化而造成粗糙度的問題。因此對於傳統的Ti/Al多層膜金屬，工藝窗口小且很難在無刻蝕凹槽工藝的條件下實現高質量低的歐姆接觸。於洪宇課題組提出一種新的歐姆接觸金屬材料，可以實現在無刻蝕凹槽工藝條件下的低歐姆基礎（<0.1Ω∙mm），能夠滿足射頻器件的歐姆接觸要求。

AlGaN/GaN-TixAly合金歐姆接觸的電學特性

於洪宇課題組提出用TixAly合金金屬層作為歐姆直接接觸層。經過CTLM電學測試表明TiAl合金的歐姆接觸在退火後可達到0.063Ω∙mm的接觸電阻值，達到先進水平。得益於二中金屬的協同作用，在退火初級階段Ti、Al二種金屬可以發揮作用。歐姆電學測試結果：歐姆電學測試結果：Ti1Al5/TiN，Ti1Al1/TiN，Ti5Al1/TiN樣品在較高溫度退火後分別得到歐姆接觸電阻Rc~0.555 Ω∙mm，0.236 Ω∙mm， 0.063Ω∙mm。Ti5Al1/TiN 樣品在880℃退火後，可得到~0. 1Ω∙mm平均歐姆接觸Rc，最小可達到0.063Ω∙mm，完全達到射頻器件的歐姆接觸要求（<0.1Ω∙mm）。TEM-EDX元素分析表徵進一步驗證了Ti對N的萃取作用以及不同Ti/Al原子比對最終歐姆特性的影響體現。本工作為AlGaN/GaN無金歐姆接觸開闢了一條新途徑。

TEM-EDX表徵分析結果

EDL審稿中也對此工作給出很高的評價：

「Comments to the Author：

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The authors presented a study on Au-free ohmic contacts toGaN that are based on a sputtered TiAl metal stack.  The result (<0.1 ohm-mm) on the bestsample is extremely good for an alloyed contact to GaN.  The paper is well written, and the technicalwork 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」

 

該研究工作中，於洪宇教授與復旦大學蔣玉龍教授為通訊作者，深港微電子學院訪問學生範夢雅為論文第一作者。

論文連結：

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

 

編輯：Tracy

供稿：範夢雅

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