感光栅极GaN基HEMT器件的制备与栅极优化的研究

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将铁电材料与红外型器件相结合的微型半导体器件在近年来研究非常活跃,铁电材料本身具有的良好的压电、铁电、热释电、光电及非线性光学,以及能够与半导体工艺相集成等特点,在微电子和光电子技术领域的应用非常的广泛,成为了一种比较新颖的功能性质的材料,受到了科研人员的广泛的关注,其中,锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜是迄今为止研究最多,应用最广的一类铁电薄膜材料,PZT薄膜具有高机电系数、高介电常数和高剩余极化强度等优势,在MEMS与纳米器件的制备中应用广泛,如用于制作红外探测器、存储器、传感器和超声器件等,由此可见将PZT薄膜与半导体器件的结合已经成为微电子领域的主流。在一定波段的光的照射下,PZT薄膜的异常光伏效应将产生稳定的光致电流和光生电压,其电压的能量将会远大于晶体的禁带宽度(Eg),另外,PZT薄膜的光伏响应可通过外加电压的变化来进行调控,基于以上的特点,用铁电薄膜PZT制备的红外的光伏型探测器得到了非常广泛的应用。特别是与GaN基HEMT(High electron mobility transistor)器件相结合,由PZT薄膜的光电及热电特性将吸收的光子转换为电子,从而使得HEMT器件的栅压发生了改变,导致源漏沟道层的输出电流影响,并且实现对辐射光的检测的影响。通过铁电材料不同性质与GaN基HEMT器件相结合所制备的红外光探测器,其探测的红外波段非常宽广,从可见光至远红外波段都可以探测,而且,由于AlGaN/GaN异质结利用自发极化和压电极化效应所形成的高密度二维电子气(Two dimensional electrongas,2DEG),其迁移率高达2000 cm~2/(V·s),基于此特点,用AlGaN/GaN HEMT器件制备的探测器不仅灵敏度高、响应速率快,而且探测面积广泛,可以适应恶劣的环境。但是,GaN基HEMT器件自身的研究依然存在着很多影响器件性能的问题。本文将铁电薄膜PZT与AlGaN/GaN HEMT器件结合,在HEMT器件的栅极处溅射生长一层一定厚度的具有光伏效应的铁电薄膜PZT,其中,PZT薄膜的制备方式利用了磁控溅射法制备,溅射功率分别选用了100W、200W,后期退火的条件分别为650℃、700℃、750℃,时间是3mins,然后通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等的测试,对不同溅射功率和不同退火温度下制备的PZT薄膜分别进行表面的形貌检测,成分和晶格取向的观察测试。并对感光栅极GaN基HEMT器件进行测试,使用波长365nm的紫外光测试其IV特性,通过改变HEMT器件栅极长度、栅极与漏极之间的距离等参数,分析光照后IV曲线以及转移曲线的变化,从而达到优化光敏感栅极HEMT器件性能的目的。
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