論文精選 | 金屬輔助化學蝕刻技術製造高深寬比的β型氧化鎵高功率三維半導體器件結構

2021-03-01 ACS美國化學會
英文原題：High Aspect Ratio β-Ga2O3 Fin Arrays with Low-Interface Charge Density by Inverse Metal-Assisted Chemical Etching

作者：Hsien-Chih Huang, Munho Kim, Xun Zhan, Kelson Chabak, Jeong Dong Kim, Alexander Kvit, Dong Liu, Zhenqiang Ma, Jian-Min Zuo, Xiuling Li

通訊作者：Xiuling Li, University of Illinois at Urbana-Champaign

郵箱：xiuling@illinois.edu

β型氧化鎵(β-Ga2O3)由於其極大的能隙(~4.8 V bandgap)、高崩潰電壓(8MV/cm)和較氮化鎵(GaN)更佳的襯底商業可用性，近來被視為未來高功率器件的強力候補。然而至今發表的β型氧化鎵組件皆因蝕刻所致的缺陷以及過低的通道深寬比(aspect ratio)，導致其導通電流仍舊小於主流的氮化鎵組件。因此研發嶄新的β型氧化鎵蝕刻技術對高功率組件領域的進一步發展具有重大的意義。

美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign, UIUC)的Xiuling Li教授研究團隊致力於複合型半導體納米材料和器件的研究。在本項研究中，該團隊研發出β型氧化鎵的金屬輔助化學蝕刻技術(Metal-assisted chemical etching, MacEtch)，並成功實現當今最高深寬比的氧化鎵納米結構陣列。使用該技術所生產的納米結構不但有著較幹蝕刻(dry etching)更為平整的蝕刻表面，其與氧化鋁介面缺陷密度(interface trap density)更與未蝕刻的表面無異，因而十分適用於高性能器件的製造。該團隊及其合作者(UIUC的Jian-min Zuo教授團隊)也分析了晶體取向對蝕刻的影響以及蝕刻後表面的肖特基勢壘高度(Schottky barrier height)、化學組成與晶體結構。此項工作有利於拓展對β型氧化鎵高功率器件的理解與認識並推動該領域的進一步發展。相關工作已發表於國際期刊ACS Nano，並被Phys.org, EurekAlert!, 

ScienceDaily, AZOMaterials, I-Connect007等多家媒體進行了報導。迄今為止他們的MacEtch超高深寬比蝕刻專利技術已被證明適用於包括矽，鍺，砷化鎵、磷化銦等三五族以及氧化物在內的多種半導體 (http://mocvd.ece.illinois.edu/research/MacEtch.html).

 

圖1. 金屬輔助化學蝕刻(MacEtch)所產生的各式β型氧化鎵納米結構與其相對應的晶體取向分布。

圖2. 各式β型氧化鎵結構蝕刻表面與鉑的肖特基勢壘高度。

圖3. β型氧化鎵蝕刻表面的穿透式電子顯微鏡圖與晶體結構。

圖4. 各式β型氧化鎵結構與氧化鋁的界面電容-電壓測量結果與其界面缺陷密度。

ACS Nano 2019, ASAP

Publication Date: June 17, 2019

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b01709

Copyright © 2019 American Chemical Society

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