氮化鎵（GaN）基高電子遷移率晶體管（HEMT）具有高電流密度、高開(kāi)關(guān)速度和低導(dǎo)通電阻等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的廣泛關(guān)注，使得GaN基HEMT器件成為下一代功率器件強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。然而，GaN器件與傳統(tǒng)Si基器件不同，很難通過(guò)熱氧化的方法獲得低界面態(tài)密度的絕緣介質(zhì)層。因此，如何降低界面態(tài)密度已經(jīng)成為GaN基器件研究和應(yīng)用的挑戰(zhàn)之一。

　　中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所納米加工平臺(tái)研究員張寶順課題組一直致力于高壓大功率GaN基電力電子器件的研究工作。目前，通過(guò)自主研發(fā)以及與香港科技大學(xué)教授陳敬課題組進(jìn)行合作，利用LPCVD（低壓化學(xué)氣相沉積）沉積柵介質(zhì)層和表面鈍化層技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了低漏電、高耐壓的GaN 基HEMT功率器件，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在IEEE Transactions on Electron Devices和國(guó)際會(huì)議IEDM上。

　　為了進(jìn)一步降低LPCVD-Si3N4與GaN的界面態(tài)密度，提高器件的性能。張寶順課題組通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)LPCVD系統(tǒng)進(jìn)行改造，在國(guó)際上首次提出將原位等離子體處理與傳統(tǒng)LPCVD沉積相結(jié)合來(lái)沉積介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)在沉積Si3N4薄膜前的原位N2等離子體氮化處理(圖1)，N2等離子體處理不僅可以補(bǔ)償GaN表面的氮空位，還可以減少表面的自然氧化層，從而獲得較低的LPCVD-Si3N4/(Al)GaN界面態(tài)密度，通過(guò)這種技術(shù)制作的MIS-HEMTs器件，在掃描柵壓為VG-sweep =24 V時(shí)，閾值回滯由原來(lái)的7.1 V下降到186 mV，器件的閾值穩(wěn)定性得到明顯提高，如圖2所示。由于界面態(tài)的降低抑制了陷態(tài)對(duì)溝道中電子的捕獲，因而改善了器件的動(dòng)態(tài)特性，在600 V關(guān)態(tài)應(yīng)力下，器件的導(dǎo)通電阻僅僅上升1.18倍（傳統(tǒng)器件為200倍左右），如圖3所示。器件綜合性能處于國(guó)際前列，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最新的IEEE Electron Device Letters, 2017,38,236。

　　圖1 (a) 原位氮等離子處理AlGaN/GaN MIS-HEMTs 結(jié)構(gòu)剖面圖；(b) 改造后的LPCVD（低壓氣相沉積）系統(tǒng)示意圖 

　　圖2 （a）經(jīng)過(guò)和未經(jīng)過(guò)原位N2等離子體處理的MIS-HEMT器件在不同正向掃描柵壓下的閾值回滯；（b）器件正向掃描柵壓和閾值回滯與已報(bào)道文獻(xiàn)結(jié)果的比較 

　　圖3 （a）未經(jīng)過(guò)原位等離子體處理MIS-HEMT器件的動(dòng)態(tài)特性；（b）經(jīng)過(guò)原位等離子體處理MIS-HEMT器件的動(dòng)態(tài)特性