前言

具有完全凹陷栅极结构的e型氮化镓基金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MIS-FETs)，因其具有良好的电学特性和潜在应用而引起了学术界和工业界的极大兴趣。栅极电介质和电介质/氮化镓界面的可靠性和稳定性极大地决定了未来商业化制造器件的性能评估。在当今广泛采用的各种电介质材料(如氧化铝、二氧化硅和氮化硅)中，通过低压化学气相沉积(LPCVD)工艺沉积的氮化硅已被证明是一种具有竞争力的候选材料，获得这种高质量介电膜的关键是提高沉积温度，这是降低缺陷密度的有效途径。然而，在栅极凹陷蚀刻之后，在高温下沉积栅极介电层将导致栅极区域中蚀刻的氮化镓表面的严重热退化。

研究内容

香港科技大学的科研人员对以上问题进行了研究。在他们的工作中，晶体GaON纳米相是由氮化镓异质结构，使用远程氧等离子体处理，然后在原位退火过程之前，LPCVD-SiNx沉积。与之前工作中仅作为保护层的超薄(< 1n m厚)表面氧化物相比，22纳米GaON晶体的可复制性如何？5.6纳米厚度设计用于通过增强氧化和延长退火的沟道。通过像差校正扫描电子显微镜(ACSTEM)揭示的其精细的晶体结构和与SiNx的原子级清晰界面使其高热稳定性和低界面陷阱密度(Dit)合理化，这有利于MIS-FET的性能，包括小滞后、小亚阈值摆动和低导通电阻。此外，这种GaON纳米相对于各种氮化镓器件中的沟道工程非常有吸引力(例如，更大的带隙以提高沟道可靠性)，该研究将为更好地理解其器件特性铺平道路。

实验方法

在器件尺寸为LGS/LG/WG/LGD=2/1.5/10/15毫米的硅基氮化镓晶片上制作了电子模式场效应晶体管。制造从钝化层沉积开始，随后是栅极窗口打开，栅极凹陷蚀刻后，暴露的氮化镓表面在电感耦合等离子体(ICP)室中氧化10分钟，O2流量为40 sccm，板/线圈功率为10/10W，温度为20 摄氏度。随后，样品在LPCVD腔中于780℃原位退火20分钟，氨(NH3)流量为280 sccm，压力为300毫托。在退火过程中，高温有助于氧化的氮化镓重新形成结晶的氮化镓纳米相。

GaON通道的识别

SiNx/GaN和SiNx/GaON界面的原子观察

GaON形成的能量的第一性原理计算。

MIS-FETs的电气性能。

结论

研究人员在原子尺度上确定了一种晶体GaON纳米相，用于优化E型氮化镓场效应晶体管沟道。从GaON沟道的原子结构可以理解其增强的热稳定性、低界面陷阱密度和增强的电性能。

https://doi.org/10.1063/1.5078767。