Auswirkungen von Grenzflächenzuständen und Temperatur auf das C-V-Verhalten von Metall/Isolation/AlGaN/GaN-Heterostrukturkondensatoren

Der Einfluss von Zuständen an der Isolation/AlGaN-Grenzfläche auf die Kapazitäts-Spannungs-(C-V)-Eigenschaften eines Metall/Isolation/AlGaN/GaN-Heterostruktur-(MISH)-Kondensators wurde unter Verwendung eines numerischen Lösers der Poisson-Gleichung untersucht, wobei die Elektronenemissionsrate von den Grenzflächenzuständen berücksichtigt wurde. Bei einem MISH-Gerät mit einer 25 nm dicken AlGaN-Schicht wurde eine parallele Verschiebung der theoretischen C-V-Kurven festgestellt, anstelle der typischen Veränderung ihrer Steigung, als die Dichte der Grenzflächenzustände Dit(E) an der SiNx/AlGaN-Grenzfläche erhöht wurde. Wir führen dieses Verhalten auf die Position des Fermi-Niveaus an der SiNx/AlGaN-Grenzfläche unter dem AlGaN-Valenzbandmaximum zurück, wenn die Gate-Spannung nahe der Schwellenspannung liegt, sowie auf die Unempfindlichkeit der tiefen Grenzflächenfallen gegenüber der Gate-Spannung aufgrund einer niedrigen Emissionsrate. Eine typische Streckung der theoretischen C-V-Kurve wurde nur für eine MISH-Struktur mit einer sehr dünnen AlGaN-Schicht bei 300 °C erzielt. Wir analysierten die experimentellen C-V-Eigenschaften einer SiNx/Al2O3/AlGaN/GaN-Struktur, die bei Raumtemperatur und 300 °C gemessen wurde, und extrahierten einen Teil von Dit(E). Die relativ niedrige Dit (∼1011 eV−1 cm−2) im oberen Bandgap deutet darauf hin, dass die SiNx/Al2O3-Bilayer als Gateschichtisolator und als AlGaN-Oberflächenpassivierung in Hochtemperatur-, Hochleistungs-AlGaN/GaN-basierten Geräten anwendbar ist.