【摘 要】
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由于氧化镓（Ga2O3）材料优良的材料特性,近年来在功率器件和光电探测器等方面被越来越多的人所研究,使其逐渐成为替代传统硅基、锗基和第二代Ⅲ-Ⅳ半导体的优选材料。氧化镓禁带宽度最高可达5.0 e V,衡量功率器件的参数巴利加优值（εμEb~3）高达3440,理论击穿场强可达到8MV/cm,但是当氧化镓与栅氧材料的导带带偏和价带带偏不足时,以及氧化镓材料和栅氧化层接触界面和氧化层内部存在的非理想电荷
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由于氧化镓（Ga2O3）材料优良的材料特性,近年来在功率器件和光电探测器等方面被越来越多的人所研究,使其逐渐成为替代传统硅基、锗基和第二代Ⅲ-Ⅳ半导体的优选材料。氧化镓禁带宽度最高可达5.0 e V,衡量功率器件的参数巴利加优值（εμEb~3）高达3440,理论击穿场强可达到8MV/cm,但是当氧化镓与栅氧材料的导带带偏和价带带偏不足时,以及氧化镓材料和栅氧化层接触界面和氧化层内部存在的非理想电荷,都会导致器件漏电流增大,进而影响MOSFET器件的击穿特性。针对上述问题,本文研究了氧化镓基叠栅MOS电容,本文的具体工作内容如下:1.基于氧化镓基MOSCAP的理论基础,设计了双层高k介质栅氧化层氧化镓基MOS电容,XRD测试说明衬底为单晶氧化镓,栅氧为非晶材料;PL测试发现衬底在氧气退火前后的发光中心分别为375 nm和387 nm,这两个峰都对应着跟氧空位相关的缺陷;AFM测试结果表明衬底和栅氧化层都比较平整,粗糙度在0.5 nm左右;XPS测试结果得到的Ga2O3,Hf O2和Al2O3的禁带宽度分别为4.8 e V,4.57 e V和7.40e V,Hf O2和Al2O3的导带带偏△EC分别为1.5 e V和1.9 e V,价带带偏△EV分别为-0.9e V和0.7 e V,所以根据氧化铝导带和价带带偏均为正的特性,提出了叠栅Hf O2/Al2O3MOS结构。2.研究了Hf O2/Ga2O3和Al2O3/Ga2O3MOS电容的电学特性,C-V结果显示:Hf O2和Al2O3Ga2O3-MOS电容界面态分别为0.49×1013e V-1cm-2和1.35×1013e V-1cm-2,说明前者跟氧化镓有更好的界面特性,以及发现Hf O2中的陷阱电荷(6.2×1011cm-2)、等效固定电荷(3.1×1011cm-2)都是更小的;I-V测试表明Hf O2/Ga2O3MOS电容在低场时满足肖特基发射和F-P发射的,高场时满足F-N隧穿和TAT隧穿。同时不同预处理下的叠栅Hf O2/Al2O3-MOS电容C-V结果显示:对照组、UV/O3处理、HCl处理、NH4OH处理的样品界面态密度基本在2×1012e V-1cm-2到2×1013e V-1cm-2之间,综合对比不同预处理对非理想电荷的整体作用,发现NH4OH预处理的样品对MOS电容非理想电荷的改善是最好的,相比于对照组的样品,它对近界面陷阱电荷,氧化层等效电荷和界面态的改善作用分别为11%,1.5%和-26%,以及发现减少叠栅介质的厚度,界面态从8.52×1012ev-1cm-2降到4.11×1012ev-1cm-2;正向和负向I-V测试表明不同预处理的电容尽管电场机制满足的范围不同,但在低电场时满足发射机制,在稍高电场时满足隧穿机制,NH4OH预处理的漏电流密度是最小的,UV/O3预处理的样品稳定性是最好的。3.制备了叠栅的Hf O2/Si O2MOS电容样品,发现氧气退火对近界面陷阱有一定程度的改善,氧化层近界面陷阱大约降低67%;运用仿真软件建造了器件模型,分析了近界面陷阱电荷,界面陷阱电荷和氧化层固定电荷对C-V曲线的影响,模拟分析了各种非理想电荷对C-V曲线的影响,当氧化层中的陷阱电荷距离界面越近时,它对C-V曲线的影响就会越严重,而浅能级近界面陷阱的捕获和释放相对于深能级是更加容易的,并且分析发现界面陷阱呈现指数分布时更接近理论分析结果,而氧化层固定电荷由于其在氧化层中的位置固定,主要是会引起C-V曲线和理想的C-V曲线存在电压差值。
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