Giriş Giriş Giriş

Gallium Nitrü (GaN) modern elektronik için temel bir taş yarı iletken malzeme olarak ortaya çıktı, özellikle yüksek verimli güç dönüşümünde, radyo-frezeme amplifikasyonu ve sağlam devlet aydınlatmalarının aksine, GaN'nin kristal latticeler içindeki boşlukların tam kontrolünün var - kasıtlı olarak yüksek elektrik alanlara dayanmasına veya daha hızlı hızlara dayanmasına izin veriyor.

Gallium Nide Elektrik Özellikleri

GaN kristallizes öncelikle wurtzite yapısında, oda sıcaklığında dikme bandından çok az enerjik ve spontan kutuplaşma etkilere yol açan bir hexagonal düzenlemedir.Intrinsic elektrik iletkenliği son derece düşük çünkü geniş bantgap elektronik cihazlar için çok az enerjik olarak heyecanlıdır - birçok yük devre dışı bırakma işlemine ek olarak kontrol edilir. Yüksek hacimli bir işlem, bir dirençle 108 ⁇ cm.

Bir yarı iletkenlik denklemi denklem tarafından verilir. = q(nμ)|p) , q, temel şarjlar, n ve p sırasıyla ekstra taşıyıcılar ve μ[FLT: 5) ve μ[FLT: 5) yüksek ticaret üzerindeki yüksek yoğunlukta taşımalar ile yüklenebilirlikler arasındaki yük taşımacılığı etkiler.

Gallium Nide'deki Taklitlerin Türleri

GaN'deki Impurities iki kategoriye geniş bir şekilde sınıflandırılabilir: kasıtlı dopants ve istenmeyen kirleticiler.

Niyet Dopants

Kontrollü doping kristal büyüme sırasında yapılır (örneğin, metal-organik kimyasal buhar ayrışma veya moleküler kiriş epitaxy) istenen n tipi veya p tipi iletkenliği elde etmek için.

  • [FONT=0]N tipi dopants (donors)[Döneticiler: Silikon (Si) GaN için en yaygın n tipi dopant. n-type GaN aralığına gevşek olarak bağlı olarak, 10 °T:2).
  • [FONT:0)P-tipleri (acceptors)[Döneticiler)[Üye Olmayanlar Yüksek Aktivasyon Enerjisi (~170-200 meV) sadece dahil edilen atomların bir kısmı oda sıcaklığında elektriksel olarak aktiftir. Yüksek konsantrasyonlar yüksek çözünürlükte yüksek bir elektron kabul eder (belirli 10'dan fazla).

Unintentional Impurities

En temiz büyüme ortamlarında bile, arka plan boşlukları kaçınılmazdır. GaN'deki en yaygın olmayan boşluklar karbon (C), oksijen (O) ve hidrojen (H) içerir.

  • [FONT:0)Carbon[[DÜT 1: 1): Genellikle metal-organik öncülerden (örneğin, tri Metilgallium) dahil olmak üzere, bir azot sitesinde veya bir bağışçıda, bir galyum sitesinde genellikle zarar verir, hasar verir ve sızıntı akımları artırabilir.
  • [FONT:0)Oxygen[[Dönetici: GaN'de sığ bir bağışçı, arka elektron konsantrasyonunu yükseltir, yüksek hacimli veya p tipi GaN tabakalarını tazminat almadan elde etmeyi zorlaştırır.
  • [FONT:0]Hydrogen[[Dönetici: 1): Büyüme sırasında ortak olarak dahil edilmiş ve Mg-H kompleksleri yaratarak Mg kabul edilebilirleri geçebilir. Bu yüzden p tipi aktivasyon hidrojeni kullanmayı gerektirir.

Davranışın Mekanikleri Modification

İmurities GaN iletkenliği üç birincil mekanizmayla etkiler: taşıyıcı nesil, tazminat ve saçılma.

Carrier Generation

Donor impurities, iletim bandının yakınında enerji seviyelerini tanıtıyor. Oda sıcaklığında, termal enerji iyonizeleri bu bağışçıları serbest elektronları iletim bandına ve iyonizasyon enerjilerine bağlı olarak, Sidonor aktivasyon 12.Aydıktan sonra, neredeyse tüm atomlar 300 K. For Mgion (enerji) daha az enerji tasarrufu sağlar.

Açıklama

Her iki bağışçı da mevcut olduğunda, birbirlerini telafi ederler. Örneğin, P-type GaN Mg, arka plan oksijen veya silikon bağışçıları, net delik konsantrasyonu azaltılabilir. Tamamlayıcı düşük etkili taşıyıcı yoğunluğu ve degrads iletkenliği.

Carrier Scattering

Konforlar, taşıyıcıları dağıtan Coulombic potansiyelleri yaratır, hareketliliğini azaltır. [Döneticilik konsantrasyonunda hareketlilik bağımlılığı, Brooks-Herring modeli veya daha sofistike yaklaşımlar ile sınırlıdır.) Düşük doping ().

Yüksek Davranış için Optimal Impurity Concentrations for High Conductivity

GaN için en uygun doping konsantrasyonu uygulamaya bağlıdır. Güç elektronik için, düşük hacimli diyotlar (LEDler) için, aktif bölge kanal ve kontak bölgelerinde arzu edilir. Ancak, yüksek frekanslı cihazlar için, yüksek elektron hareketliliğini korumak, bu yüzden hafif doping, mobilitenin bozulmasından kaçınmak için seçilir.

Tipik olarak optimize edilmiş doping aralıkları şunlardır:

  • N-type GaN ile Si: 10[DÜDÜ:0)18[/FONT][/FONT][/TR][/FONT=3][/FONT=3][/FONT=3][/FONT=3][/I][/I][/FONT=3][/I][/FONT=3][/FONT=3][/I][/FONT=3][/400 cm/400 cm/V]
  • Mg ile GaN: 10[DÜDÜDÜ:0)19[DÜT:2)) cm)[DÜDÜŞÜŞÜye Olmayanlar (Toplu Mg) ve 3 × 10[DÜye ait düşük çözünürlükte) 3 × 10[DÜye ait yüksek çözünürlükte (DÜye)[DÜye Olmayanlar)

Bu aralıkları abartmak yapısal hataları (örneğin, yığınlama hataları, dislokasyonlar) oluşturmak ve yerel kusurları tanıtmak, örneğin, Si doping yukarıdaki -2×10)|D[FLT)) maksimum bebeklik formasyonu ile kendini garanti edebilir, maksimum achievlenebilir elektron konsantrasyonu sınırlandırır.

Impurity Effects Of Impurity Effects

Doğruluk seviyelerini anlamak ve kontrol etmek için, araştırmacılar karakterizasyon tekniklerinin bir paketine güveniyor.

Hall Etkisi

[FONT:0)Hall etkisi[[Dönetici:0) taşıyıcı tipi (n veya p), taşıyıcı konsantrasyonu ve hareketliliği belirlemek için standart bir yöntemdir.Mevcut akışa manyetik alan perpendiculara ve ölçüme yol açan Hall gerilimine göre, biri bu parametreleri daha fazla çıkarabilir. Sıcaklık bağımlı Hall ölçümlerini daha fazla ortaya çıkarır.

Orta Ion Mass Spectrometri (Ce)

SIMS, örnekleme ve analiz edilen ejected ikincil iyonları Si ve Mg gibi konsantrasyonları 10 cm) olarak algılamak için atom seviyesindeki boşluk profillerini sunar.).). SIMS, bu niyetle ilgili büyüme koşulları ve doğrulama hedef değerlerinin de tanımlayabildiği için gereklidir.

Fotolumines (PL) ve Cathodolusan (CL)

Optik teknikler, Mg kabul edenleri ve ikamet eden bağışçıları içeren geçişler hakkında bilgi ortaya koyar. Örneğin, Mg-doped GaN, Mg kabul edenleri ve retorik bağışçıları içeren karakteristik mavi ışıklık bandı sergilemektedir.

Capacitance-Voltage (C-V) Profiling

Schottky diyot yapıları, Net taşıyıcı konsantrasyon profillerini depletion kapasitance'tan çıkarmanıza izin verir. C-V özellikle de HEMT veya lazer diyotları gibi tabakalı yapılarda derinlikli doping ölçmek için yararlıdır.

Cihaz Performansı Üzerine Takdir Edilmesi

İmkanlar tarafından yönetilen iletkenlik doğrudan cihaz performansına çevirir.

Işık -Eating Diodes (LEDs)

GaN LED'lerde, n tipi tabaka (Si-doped) aşırı gerilim düşüşü olmadan mevcut yayılmak için yeterince etkili olmalıdır. p-tip katmanı (Mg-doped) genellikle en dirençli, mevcut kalabalık ve ısıtmaya neden oluyor.

Power Electronics (Schottky Diodes, HEMTs)

GaN güç transistörleri (tipik olarak AlGaN /GaN yüksek çözünürlükte), iki boyutlu elektron (2DEG) kanalı, GaN tampon'da kasıtlı olarak dopinge güvenmiyor; bunun yerine, bu körlüğün bozulmasının önlenmesi ve bozulmasın önlenmesi için çok önemlidir.

Yüksek Yeterlik Cihazları

RF uygulamaları için düşük gürültü ve yüksek kazanç hem yüksek taşıyıcı hareketliliğini hem de düşük parasitik direniş gerektirir. Unintentional arka plan doping (e.g., oksijenden) yüksek kanal hareketliliğini korumak için en aza indirmeli.Aktif iletişim bölgeleri, son derece ağır n tipini kullanarak aşırı derecede ağırbaşlama gerektirir. 10).

Doping Control'te Zorluklar ve Son Gelişmeler

On yıllar süren ilerlemeye rağmen, GaN'de birkaç zorluk ustalık düzeyinde kalır.

P-Type Doping Verimliliği

Mg'in düşük aktivasyon verimliliğini (en iyi% 1-10) p-tip GaN'i engellemeye devam ediyor. Araştırmacılar, arıtma gibi alternatif kabulcüleri araştırıyorlar (Be), bu da zayıf bir şekilde kabul eder (~60 meV in teorisinde), ancak iyi bir delik yoğunluğuna zarar vermek için toksik ve zorlaşırlar. Co-doping yaklaşımları (örneğin oksijen veya hidrojen) ve kutupizasyon ile ilgili olarak yapılan doping, delik konsantrasyonlarını artırmak için vaat eder. delta-doping.

Unintentional Carbon ve Oksijen Compensation

Karbon MOCVD öncülerinden kalıcı bir kirleticidir. Gelişmiş büyüme optimizasyonu (düşük büyüme sıcaklıkları, yüksek V /III oranları, saf kaynak gazları) karbon dahil olmak üzere, triyllonya gibi alternatifleri kullanarak, düşük karbon seviyelerinin de düşük olduğu anlamına gelir.[Dönetici ve katı reaktörlü temizlemeler)

Hidrojen Geçiş ve Aktivasyon

Mg-H kompleksleri elektriksel olarak tarafsız. Entelektüel ekleme katmanları ile 600-800 °C'de Hidrojen Ortamları bu kompleksleri ve hidrojeni tahrik eder, Mg kabulörleri etkinleştirir. Ancak ek olarak, yeni nokta hataları da ortaya çıkarabilir. Hızlı ısı ekleme katmanları ile eklenebilir (örneğin, SiN)

Gelişen Doping Teknolojileri

Son gelişmeler, yüksek sıcaklık aktivasyon (toplama 1300 °C) için ihtiyaç duyulandan dolayı, yüksek çözünürlükte (çok yüksek taşıyıcılar gibi ekselleme veya çok fazla sıcaklık ekileri ile birlikte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte iki boyutlu olarak, yüksek çözünürlükte kullanılan kanalda (örneğin, yüksek çözünürlükte) yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Gallium Nitrde'deki eşitsizlik seviyeleri, elektrik iletkenliğini metalik gibi aşırıdan uzaklaştırmak için anahtardır.Mükemmel dopants (Sihirli kondüksiyonlar için yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte) ve gereksiz kesintilere karşı modelleme gerektirir.Geçmişli elektronikler, gelişmiş aktivasyon işlemleri, ve son zamanlardaki kirişlerin performansı, güç transistörleri ve RF cihazlarının performansları, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte daha verimli hale gelir.

Geniş bantlı yarı iletkenlerde doping fiziği üzerine daha fazla okuma için, bkz.END:0) GaN doping zorluklarına ilişkin inceleme) GaN'de karbon tazminatının rolü ayrıntılı olarak tartışılmaktadır[D:2).Bu çalışma).