原标题：采用块状AlN可使FET性能更佳
原创：化合物半导体杂志
原生基底使氮化物FET的漏极电流升高，热阻抗降低
据南卡罗来纳大学的工程师称，针对拥有富铝AlGaN沟道的氮化物FET，已提高其性能标准。
该团队的器件是在块状AlN上生长的，据称其品质因数超越了Baliga的同类晶体管，创下新纪录。品质因数由击穿电压的平方除以特定导通电阻得出，该团队FET的品质因数为460 MW cm-2。
这些工程师表示，消费充电器和下一代电动汽车中均含氮化物晶体管，而他们的器件可以提高这些晶体管的性能。AlN衬底导热性高，解决该衬底的热限制则可改善性能。
金属氧化物半导体FET在400毫米厚的单晶AlN衬底上制造，该衬底从HexaTech公司购买，是通过物理气相传输生长的。工程师将AlN衬底装入低压MOCVD反应器中，并在该衬底上沉积外延叠层，包括260 nm厚的AlN层、140 nm厚的Al0.87Ga0.13N背势垒层、100 nm厚的Al0.64Ga0.36N沟道、23 nm厚的n型Al0.87Ga0.13N势垒、30 nm厚的渐变AlGaN层，其中渐变AlGaN层掺杂了硅，以支持欧姆接触的形成。
要制造器件，首先需使用反应离子蚀刻形成台面。电子束蒸发添加了源极和漏极触点，源极和漏极触点退火后，进行第二次蚀刻，去除存取区的渐变层，然后引入10 nm厚的SiO2层，将其作为栅极氧化物。电子束蒸发添加栅极和probe pad后，通过等离子体增强CVD将器件嵌入400 nm厚的SiO2薄膜中，以减轻击穿测量期间的表面电场。为了能够进行控制，在AlN模板上制造了相同的结构，其中需在蓝宝石上沉积3 µm厚的AlN层才能形成AlN模板。
对栅极长度为1.8 µm、栅源距离为1.2 µm、栅漏距离为2.64 µm的FET进行电测量，显示出明显的饱和度和夹断。在原生衬底和模板上，器件的电流峰值分别为610 mA mm-1和410 mA mm-1。
蓝宝石基FET的温度有所下降，而AlN基FET却没有。据称温度没有下降是因为热管理出色。热阻抗测量显示，AlN基器件的热阻抗值为10 K mm W-1，蓝宝石基器件的热阻抗值为31 K mm W-1。
AlN的热导率比蓝宝石高8倍，使得AlN基器件的热阻抗值低得多，该团队认为这是因为AlN基器件的电流峰值较高。
由于存在SiO2栅极绝缘体，该团队预计两类器件间的反向漏电流不会有任何差异。但在正栅极电压下，蓝宝石基器件的漏电流明显更高，这一结果据称需进一步研究。
跨导峰值是沟道迁移率和栅极电容的乘积，AlN基FET的跨导峰值为45 mS mm-1，而蓝宝石基FET为34 mS mm-1。两种器件的栅极电容相似，因此认为原生基底上的器件之所以跨导优异，是与迁移率较差有关，而迁移率较差会导致器件的温度下降。
栅源电压为-30 V时，器件击穿电压为959 V，因此“保守”估计Baliga的品质因数为460 MW cm-2。有人认为接触退火后，不太可能产生各向同性的面内二维电子气，因此品质因数的合理上限大于750 MW cm-2，与AlN基FET的其他结果相比，该值据称要大十倍，代表了最先进的技术。
图片说明：南卡罗来纳大学生产的氮化物FET采用单晶AlN制造，热阻仅为10 K mm W-1。
参考文献
A. Mamum et al. Appl. Phys. Express 16 061001 (2023)
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