algangan上sto薄膜的制备以及电学性能分析word格式论文.docxVIP

摘 要摘 要钛酸锶(SrTiO3)是一种典型的钙钛矿结构介电材料，具有介电常数很高、介电 损耗低、温度稳定性好的特点，被广泛应用于各种电子器件。GaN 是第三代半导 体，具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、导热性能好等特点，其优异的电学 性能在大功率、高温高频和高速半导体器件中有着不可替代的作用。通过调制掺 杂后形成的 AlGaN/GaN 异质结具有很高的载流子浓度和电子迁移率，在低噪声高 电 子 迁 移 率 晶 体 管 (HEMT) 中有着极 为 广 泛 的 应 用 。 将 介 电 材 料 SrTiO3 与 AlGaN/GaN 通过固态薄膜的形式生长在一起，形成介电/半导体复合结构，实现高 K 介电材料与半导体材料的多功能集成，促进电子系统小型化，为实现更高性能 的电子器件提供了可能。SrTiO3 与 AlGaN 晶格失配大，直接外延生长困难，而且 SrTiO3 与 AlGaN 之 间的界面扩散严重影响了复合薄膜的电学性能。本论文采用 TiO2、MgO、TiO2/MgO 缓冲生长的方式探索了大晶格失配体系下 SrTiO3/AlGaN 异质薄膜的外延生长，并 对其电学性能进行了研究，通过正负偏压温度处理方法分析了可动电荷密度，采 用高频准静态(HF-QS)方法研究了异质薄膜的界面特性，得到了优化的生长工艺条 件。主要内容如下：1．直接在低温下生长了 SrTiO3 薄膜，发现在低温下，由于大晶格失配，SrTiO3 无法在 AlGaN 上结晶，制得的 SrTiO3/AlGaN/GaN 异质薄膜可动电荷密度大，为 2.87×1012/cm2，而且界面扩散严重，界面态密度为 Ns=2.66×1013/cm2 ，在-5V 时漏 电流密度为 3.83×10-4A/cm2。2．采用 TiO2 缓冲在低温下外延生长了结晶良好的(111)取向的 SrTiO3 薄膜。 研究表明，TiO2 可以作为后续生长 SrTiO3 薄膜的模板层或诱导取向生长的种子层， 从而可以大幅度的降低 SrTiO3 薄膜的结晶温度，有利于 SrTiO3 与半导体的复合生 长。制得的 SrTiO3/TiO2/AlGaN/GaN 异质薄膜可动电荷密度较小 ，为 1.38 3 1012/cm2，界面态密度为 2.4431012/cm2，与直接生长的 SrTiO3 薄膜相比，在-5V 时漏电流下降了一个数量级，为 2.13×10-5A/cm2。3．采用 MgO 缓冲生长了结晶良好的(100)取向的 SrTiO3 薄膜，研究表明，MgO 具有良好的界面控制作用，而且禁带宽度高，为 7.78eV，可以有效的阻止电子的 注入，从而降低漏电流。制得的 SrTiO3/MgO/AlGaN/GaN 异质薄膜的界面态密度I摘 要较小，为 1.3331012/cm2，可动电荷密度为 1.02×1012/cm2 ，与直接生长的 SrTiO3薄膜相比，在-5V 时漏电流下降了一个数量级，为 1.62×10-5A/cm2。4．采用 TiO2/MgO 复合缓冲生长了(111)取向的 SrTiO3 薄膜。研究表明， TiO2/MgO 复合缓冲层兼顾了两者的优点，既诱导了 SrTiO3 薄膜的生长，降低了晶 格缺陷，又阻挡了 SrTiO3 与 AlGaN 之间的相互扩散。界面态密度 6.8×1011/cm2， 可动电荷密度均较小，为 7.67×1011/cm2，与直接生长、TiO2 和 MgO 单独缓冲的 SrTiO3 薄膜相比，在-5V 时漏电流最小，为 2.16×10-6A/cm2。最后采用微细加工工艺对介质/半导体复合材料进行加工，制备出 MESHEMT器件和 MOSHEMT 器件，并对输出特性进行了初步探索。 关键词：SrTiO3，MgO，TiO2，AlGaN，PLDIIABSTRACTABSTRACTAs a versatile dict://key.0895DFE8DB67F9409DB285590D870EDD/dielectric%20materialdielectric material, SrTiO3 is a typical perovskite type structure. It is promising for future generation electrical devices because of high dielectric constant, low dielectric loss and excellent dict://key.0895DFE8DB67F9409DB285590D870EDD/temperature%20stabilitythermal stability. GaN is a third-generation semiconductor,