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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉曜毅
研究生(外文):Yao-Yi Liu
論文名稱:氮化鎵MESFET之研製與特性量測
論文名稱(外文):Fabrication of GaN MESFET and measurement of characteristics
指導教授:吳孟奇陳隆建陳隆建引用關係藍文厚
指導教授(外文):Meng-Chyi WuLung-Chien ChenWen-Hou Lan
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:氮化鎵MESFET特性量測可靠性
外文關鍵詞:GaNMESFETmeasurementrealiability
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氮化鎵(GaN)因不易成長塊材(bulk),所以目前成長氮化鎵(GaN)的基板(substrate)是以藍寶石(sapphire)為主,此外亦有成長於碳化矽(SiC)的基板上的。因為氮化鎵(GaN)與藍寶石(sapphire)的晶格常數(lattice constant)不匹配,所以會在氮化鎵(GaN)與藍寶石(sapphire)的介面(interface)間產生天然的應力(strain),造成磊晶片的品質不佳,最後導致元件的壽命衰退。不過這個問題一直到1983年,S.Yoshida等人利用分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy,MBE)法,在藍寶石(sapphire)基板(substrate)先成長一層氮化鋁(AlN),即我們俗稱的緩衝層(buffer layer),然後再繼續成長氮化鎵(GaN),可以得到品質較佳的氮化鎵(GaN)薄膜。
氮化鎵(GaN)其較優的特性分別為擁有較大的能隙(bandgap)、較大的飽和速度(saturation velocity)與峰值速度(peak velocity)、較大的崩潰電壓(breakdown voltage)、較大的熱導(thermal conductivity)、對化學藥品的不活潑性(chemical inertness)、 以及其本身擁有的光電特性
本文是利用有機金屬氣相沉積磊晶方式成長氮化鎵材料的磊晶片,製作金屬-半導體場效電晶體。我們利用了鎳/金雙層金屬作為閘極的蕭基接觸電極,鈦/鋁/鈦/金等多層金屬作為汲極與源極的歐姆接觸電極,比較在汲極與源極使用不同的合金條件下,製作出特性較佳的元件。並且討論元件的可靠性問題,藉由元件在300℃高溫條件下長時間燒烤,對元件之蕭基與歐姆接觸的影響變化,觀察元件特性是否退化。此外元件在不同溫度下操作,所呈現的特性趨勢均加以討論。元件照光與不照光對元件特性的影響。
We investigate the reliability of GaN metal semiconductor field effect transistor. The high quality GaN was grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). We used Ni/Au as a schottky gate and Ti/Al/Ti/Au as a drain source of GaN MESFET. It was found that the performance of GaN MESFET was not changed after heated at 300℃ for 120m. No degradation of ohmic contact and schottky contact was occurred. The better reliability of GaN MESFET was demonstrated.
第一章、 緒論……………………………………………………………1
第二章、 金屬與半導體蕭基接面………………………………………4
2.1 導論 ……………………………………………………………4
2.2 金屬與n型-半導體能帶圖……………………………………4
2.3 金屬與n型-半導體蕭基接觸(Schottky contact)…………5
2.4 金屬與n型-半導體蕭基接觸(Schottky contact)外加偏壓 ………………………………………………………………7
2.5 空乏區的特性 …………………………………………………8
2.6 非理想因素所產生的位障高下降(barrier height lowing) ………………………………………………………………9
2.7 金屬-n型半導體電流…………………………………………12
2.7.1 Thermionic Emission……………………………………12
2.7.2 Thermionic-Field Emission……………………………13
2.7.3 Field Emission…………………………………………13
第三章、 金屬-半導體歐姆接觸(ohmic contact) …………………15
3.1 金屬與n型半導體歐姆接觸 …………………………………15
3.2 傳輸線模型(transmission line model,TLM) ……………16
3.3 金屬與n型氮化鎵(GaN)之歐姆接觸…………………………17
第四章、 MESFET ………………………………………………………20
4.1 MESFET的基本操作……………………………………………20
4.2 MESFET電流方程式……………………………………………23
第五章、 實驗結果與討論 ……………………………………………26
5.1 實驗步驟………………………………………………………26
5.2 實驗結果………………………………………………………27
5.2.1 Drain Source RTA 500℃/30sec………………………27
5.2.2 Drain Source RTA 600℃/30sec………………………28
5.2.3 Drain Source RTA 700℃/30sec………………………28
5.2.4 討論………………………………………………………28
5.3 GaN MESFET可靠性分析………………………………………29
5.4 GaN MESFET變溫操作…………………………………………30
5.5 Threshold voltage的變化……………………………………30
[1]Seikoh Yoshida, Joe Suzuki, "Reliability of metal semiconductor field-effect transisitor using GaN at high temperature", J. Appl. Phys., Vol. 84, p. 2940-2942, 1998.
[2]Seikoh Yoshida, Joe Suzuki, "High temperature reliability of GaN metal semiconductor field-effect transisitor and bipolar junction transistor", J. Appl. Phys., Vol. 85, p. 7931-734, 1999.
[3]M. Asif Khan, Michael S. Shur, “GaN based transistors for high temperature applications”, Material Science and Engineering, B46, p.67-73, 1997.
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[5]William Liu, “Fundamentals of Ⅲ-Ⅴ devices HBTs, MESFET, and HFETs/HEMTs”, p. 281-322, 1999.
[6]Adarsh, Srikanta Bose, Mridula Gupta, R. S. Gupta, “Analytical Model for DC Characteristics of GaN MESFET Under Dark and Illuminated Conditions”, 2001.
[7]Gerard T. Dang, Anping P. Zhang, Fan Ren, Xianan A. Cao, Hyun Cho, Jung Han, Jenn-Inn Chyi, C. M. Lee, C. C. Chuo, S. N. George, and Robert G. Wilson, “High Voltage GaN Schottky Rectifiers”, IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES, Vol. 47, p. 692-695,2000.
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[16]Sharma, B. L., Plenum Press, “Metal-semiconductor Schottky barrier junctions and their applications”, 1984.
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