跳到主要內容

簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 武良文
Lian-Wen Wu
論文名稱: 砷化鎵金屬半導體場效電晶體中p型埋藏層之效應
Effects of Buried p-Layer for GaAs MESFET’s
指導教授: 紀國鐘
Gou-Chung Chi
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
畢業學年度: 89
語文別: 中文
論文頁數: 68
相關次數: 點閱:6下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

  • 果作㆒些介紹與探討。製造MESFET 的傳統製程是利用非自我準直
    (non-self aligned)技術,將矽離子佈植到㆒半絕緣(semi-insulating)的
    砷化鎵基板㆗,而形成n 型導電層。但由於離子通道效應的影響使
    得植入離子的分佈變寬,造成製造出來的元件特性較差。為了克服
    此缺點可共同佈植㆒p 型埋層(buried p-layer)來抑制其漏電流(leakage
    current) 、降低起始電壓(threshold voltage) 和提高互導值
    (transconductance)。所以我們就利用共同佈植(co-implantation)的製程
    將矽離子及鎂(Mg)離子或鈹離子(Be)植入至半絕緣的砷化鎵基板
    ㆗,再以快速高溫熱退火(rapid-thermal annealing)處理,來修復被破
    壞的晶格及活化植入的載子。為了瞭解矽離子佈植到半絕緣的砷化
    鎵基板,和在共同佈植p 型埋藏層,經不同活化溫度的快速高溫熱
    退火處理後載子活化情況。可由霍爾量測(Hall measurement)來測量
    樣品活化的載子濃度,藉以得到最佳的活化條件。
    由傳輸線模型(Transmission Line Model ,TLM)量測得知,只
    有n 型通道層的元件所量得的特徵接觸電阻值最小,為4.8 × 10-7Ω
    -cm2。以鈹離子形成p 型埋藏層的元件當閘-源極電壓(VGS)為-2.5V,
    整個電晶體已達到夾止狀態, 且在VGS=0V 時有最大互導值
    115mS/mm,並有極佳的線性度。在元件的高頻特性量測㆖,以鈹離
    子形成p 型埋藏層之元件,電流增益截止頻率( ft ) 為10GHz 及以外
    插法求得的功率增益截止頻率( fmax ) 約為39GHz 。兩者皆較以鎂離
    子形成p 型埋藏層之元件來的大。
    為了改善以鎂離子形成p 型埋藏層的元件無法夾止的問題。我
    們將鎂離子的佈值劑量由原先的6× 1011cm-2 提高至2× 1012cm-2,先
    由霍爾量測觀察載子濃度的變化,並利用LSS 模擬與電化學-電容電
    壓量測,探討晶片㆗載子的分佈情形,以及元件製作之後的特性。
    隨著鎂佈植劑量的增加,所量測到的活化載子濃度越來越小。
    在最佳活化溫度為850℃,載子濃度已由原先的5.6× 1017減少為3.5×
    1017cm-3;數據顯示,當鎂佈植劑量提高,相對的對通道內n型載子
    的補償現象愈明顯,而使得通道內n型載子濃度變低。
    元件製作完成後發現,當鎂離子的佈植劑量提高至2× 1012cm-2
    時,元件無法夾止的問題已獲解決,且在閘極偏壓為零附近有最大
    互導值(gm)130mS/mm及最大飽和電流(IDSS)200mA/mm。但由於隨著
    p-型摻質數目的增加,對n-型通道載子濃度的降低愈明顯,其接觸
    電阻已變差為1× 10-4Ω-cm2。


    第㆒章 導論……………………………………………1 1-1 簡介……………………………………………………1 1-2 研究動機………………………………………………2 第㆓章 離子佈植場效電晶體之操作原理…….……...7 2-1 砷化鎵場效電晶體工作原理及構造………….….…..7 2-2 離子佈植基本理論……………………………………8 2-2.1 離子佈植的分佈與範圍 2-2.2 脫序 2-2.3 退火 2-2.4 通道效應 第㆔章 離子佈植場效電晶體元件的製程……………16 3-1離子佈植製程………………………………….…..…16 3-2 活化處理………………………………….…….……16 3-3 元件工作平臺之製作…………………….……...…...18 3-3.1 主動元件間的隔離之目的 3-3.2 元件工作平臺之製作 3-4 汲極與源極歐姆接觸電極之製作…………………..19 3-5 閘極掘入和閘極蕭特基接觸之製作………………..20 3-5.1 閘極掘入之控制 3-5.2 閘極蕭特基接觸之製作 第㆕章 不同p 型埋藏層之元件特性量測與分析…….26 4-1 霍爾量測…………...……………………….…...……26 4-2 特徵接觸電阻的量測………………………………….28 4-2.1 使用傳輸線模型方法量測特徵接觸電阻 4-2.2 歐姆接觸電極的製作 4-3 電流-電壓特性曲線之量測………………..….………32 4-4 互導值的量測………………………………………....34 4-5 高頻特性量測…………………………………………35 第五章 改變p 型埋藏層濃度之元件量測與分析……..48 5-1 霍爾量測………………………………………………48 5-2 電化學-電容電壓量測…………...……………………49 5-3 元件特性的量測與分析………………………………50 第六章 結論與未來工作………………………………..57 參考文獻 …………………………………………………..62

    [1] C. A. Mead, “ Schottky Barrier Gate Field Effect Transistor”,
    Proc. IEEE, 54, pp.307-308, 1966.
    [2] A. Higashisaka, Y. Takayama and F. Hasegawa, “A high power GaAs
    MESFET with an experimentally optimized pattern”, IEEE Trans.
    ED, Vol. ED-27, pp.1025-1029, 1980.
    [3] Badih El-Kareh, “Fundamentals of Semiconductor Processing
    Technologies”, Ch. 6 Ion-Implantation, p. 353.
    [4] S, M, Sze, “VLSI Technology”, Ch. 7 Ion-Implantation, p. 327.
    [5] J. Lindhard, M. Scharff, H. Schiott, “Rang Concepts And Heavy Ion
    Ranges”, Mat. Fys. Med. Dan. Vid Selsk, Vol. 33, No. 14, 1963, p. 1.
    [6] S, M, Sze, “Semiconductor Devices Physics and Technology”, Chap.
    10, John Wiley &Sons, 1985.
    [7] M. A. Shahid, M. Anjum, B. J. Sealy, “Annealing of Ion-Implanted
    Ga0.47In0.53As”, Radiation Effects Letters, Vol. 86, 1984, p. 87.
    [8] Mulpuri V. Rao, “Rapid isothermal annealing of high- and lowenergy
    ion-implanted InP and In0.53Ga0.47As”, IEEE Trans. Electron.
    Device Lett., Vol. 39, No. 1, 1992, p. 160.
    [9] R. A. Moline, J. Applied Physics, vol. 42, pp.3553, 1973.
    [10] S. R. Wilson, Solid State Technology, June 1985, p.185.
    [11] N. Braslau, “Alloyed Ohmic Contact to GaAs”, Journal of Vacuum
    Science & Technology B, Vol. 19, No. 3, 1981.
    [12] M. Heiblum, M. I. Nathan, and C. A. Chang, “Characteristics of
    AuGeNi Ohmic Contact to GaAs”, Solid State Electronics, Vol. 11,
    No.6, p.2505, 1993.
    63
    [13] K. Yamazaki, N. Kato, and M. Hirayama, “Below 10ps/Gate
    Operation with Buried P-Layer SAINT FET’s”, Electronics Letters,
    Vol. 20, Nos. 25/26, p.1029, 1984.
    [14] K. Yamazaki, N. Kato, and M. Hirayama, "Buried P-Layer for Very
    High Speed GaAs LSI''s with Submicrometer Gate Length", IEEE
    Transactions on Electron Device, Vol. ED-32, No. 11, p.2430, 1985.
    [15] K. L. Tan, H. K. Chung, and C. H. Chen, “Improvement in
    Threshold Implanted P Layer”, IEEE Electron Device Letters, Vol.
    EDL-8, No. 9, p.440, 1987.
    [16] Y. Umemoto, S. Takahashi, N. Matsunaga, and M. Nakamura,
    “GaAs MESFETs with A Buried P-Layer for Large Scale
    Integration”, Electronics Letters, Vol. 20, No. 2, p.98, 1984.
    [17] S. J. Lee and C. R. Crowell, “Parasitic source and drain resistance in
    high-electron-mobility transistor”, Solid-state Electron, Vol. 28,
    p.659-668, 1985.
    [18] Dieter K. Schroder, Semiconductor Material and Device
    Characterization, Wiley-Interscience, 1990.
    [19] H. Craig Casey, JR., “Devices For Integrated Circuits Silcon And Ⅲ
    -Ⅴ Compound Semiconductors”, John Wiley & Sons, INC., 1999.
    [20] G. Gonzalez, “Microwave Transistor Amplifier Analysis and
    Design”, Prentice-hell, 1984.
    [21] K. tabatabaie-Alavi, A. N. M. M. Choudhury, N. J. Slater, and
    C.G.Fonstad , “Ion implantation of Be in In0.53Ga0.47As”, Appl. Phys.
    lett, March, 1982.
    [22] G. C. Chi, “An e-beam evaporated borosilicate glass thin film as an
    encapsulant for annealing Be-implant InP”, Materials Chemistry and
    Physics 39 (1994) 69-71.
    [23] M. B. Dutt, Ram Nath, Rajendra Kumar, M. N. Sen and Vikram
    Kumar, “Co-Implantation Of Si And Be In SI GaAs For Improved
    64
    Device Performance”, Solid-State Electronics Vol. 42, No. 11,
    pp.1905-1910, 1998.
    [24] C. C. Lee, L. W. Wu, G. C. Chi, “Activation analysis of rapid
    thermally annealed Si and Mg co-implanted semi-insulating GaAs”,
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. No.16022,
    30 November. 2000.

    QR CODE
    :::