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研究生:蔡立彥
論文名稱:n型氮化鎵歐姆接觸表面處理之研究與場效應電晶體製作
論文名稱(外文):Study of n-type Gallium Nitride Ohmic contact with surface treatment and fabricated filed effect transistors
指導教授:江 海 邦藍 文 厚
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:光電科學研究所
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
論文頁數:74
中文關鍵詞:氮化鎵歐姆接觸場效應電晶體乾蝕刻濕蝕刻
外文關鍵詞:GaNohmic contactFETdry etchingwet etching
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本論文針對由MOCVD系統所成長不同濃度的試片進行霍爾量測,以乾式蝕刻與濕式蝕刻處理試片表面,利用王水及硫化氨對試片作清洗,探討不同金屬歐姆接觸特性及不同結構的場效應電晶體製作與直流特性。
在低濃度的試片中,Ti/Au為接觸電極時,以乾式蝕刻處理後,在室溫時有最佳的特徵接觸電阻為 ;以Cr/Al為接觸電極,未蝕刻的情況下,在室溫時有最佳的特徵接觸電阻為 ∼ 。分別用王水及硫化氨來清洗,對於乾式蝕刻以王水處理較佳;高濃度試片中,在濕式蝕刻後其特徵接觸電阻值,對於退火溫度的上升,較無明顯的變化。
在元件的製作中因結構的不同,分別製作出金屬半導體場效應電晶體(MESFET)與雙異質結構場效應電晶體(HEMT)來做比較,測量直流特性與計算其放大率,其中以HEMT在 時的放大率 值約為 最佳。
In this thesis, the different concentrations of GaN samples were grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) and investigated by hall measurements. After surface treatments by dry or wet etching, and cleaning by different acid solutions, ohmic contacts characteristics of the samples with different metals were compared. Besides, the electrical characteristics of fabricated field effect transistors (FET) with different structures were also studied.
After dry etching, the best specific contact resistance of the low concentration sample with Ti/Au metal contacts was at room temperature; the best specific contact resistance of the un-etched sample with Cr/Al metal contacts was ∼ at room temperature. To clean dry-etched samples with different acid solutions, the better characteristics were obtained after cleaned by aqua regia. After wet-etching treatment, the specific contact resistances of the high concentration samples were almost unchanged with increasing annealing temperatures.
In this experiment, we compare the fabrication of the FET and heterostructure field effect transistor (HEMT) in the different structures of semiconductor devices. The electrical characteristics were measured and the transconductance (Gm) was calculated by the I-V methods. The best transconductance of the HEMT was about as the drain voltage (Vd) equals to 8 volts.
目錄
誌謝……………………………………………………………………..Ⅰ
中文摘要………………………………………………………………..Ⅱ
英文摘要………………………………………………………………..Ⅲ
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1簡介…………………………………………………………….1
1.2 論文架構……………………………………………………….3
1.3 參考文獻………………………………………………………..6
第二章 實驗理論及設備
2.1 實驗理論………………………………………………………..7
2.1-1 歐姆性接觸之理論………………………………………7
2.1-2 電流傳導的三種機制…………………………………..11
2.1-3 傳輸線模型之理論……………………………………..11
2.1-4 參考文獻…………………………….………………….19
2.2實驗設備………………………………………………………..21
2.2-1 有機金屬化學氣相沉積…..………..…………………..21
2.2-2 蒸鍍系統…………..……………………………………21
2.2-3 蝕刻設備………………………………..………………23
2.2-4 熱退火處理……………………………………………..26
2.2-5 分析儀器………………………………………………..26
2.2-6 參考資料………………………………………………..33
第三章 實驗方法及流程………………………………………………34
3.1 環型TLM製作………………………………………………..34
3.2 場效應電晶體製作…………………………………………...34
第四章 結果與討論
4.1 Au/Ti/n-GaN…………………………………………………...41
4.2 Al/Cr/n-GaN…………………………………………………...42
4.3 表面處理…...…………………………………………………44
4.4 高濃度試片實驗……………………………………………...45
4.5 電晶體直流特性……………………………………………...46
4.6 參考資料……………………………………………………...66
第五章 結論……………………………………………………………68
附錄一…………………………………………………………………..70
附錄二…………………………………………………………………..73
第一章參考文獻:
【1】S. Nakamura,T. Mukai,and M. Senoh,Appl. Phy. Lett. Vol.64, pp.1687(1994)
【2】S. Nakamura,M. Senoh,S. Nagahama,N. Iwasa,T. Yamada, T. Matsushita,H. Kiyoku,Y. Sugimto,T. Kozaki,H. Umemoto, M. Sano,and K. Chocho,Appl. Phy. Lett. Vol. 72,pp.2014(1998)
【3】李威儀,王興宗,High-Speed Ⅲ-Nitride Short Wavelength Metal-Semiconductor-Metal(MSM)Photodetector,國防工業發展基金會委託學術機構研究計畫成果報告
【4】S. Nakamura et al. High-power InGaN Single-Quantum-Well-
Structure Blue and Violet Light Emitting Diodes. Appl. Phy. Lett. 67(3),pp.1868(1995)
【5】S. Nakamura et al. Room-Temperature Continuous-Wave Operation of InGaN Multi-Quantum-Well-Structure Laser Diode With Long Lifetime. Appl. Phy. Lett. 70(7),pp.368(1997)
【6】Strategies Unlimited,Gallium Nitride-Technology Status and Applications Analysis pp.3,March(1997)
【7】Strategies Unlimited,Gallium Nitride-Technology Status and Applications Analysis pp.3,March(1997)
第二章參考資料:
【1】S. M. Sze,Physics of Semiconductor Devices 2nd ed. pp.246
(1985)
【2】施敏 原著 張俊彥 譯著,Semiconductor Devices Physics and Technology pp.192
【3】Kanaan Kano 原著 孫士傑 譯著,Semiconductor Devices ch11-1
【4】S. M. Sze,Physics of Semiconductor Devices 2nd ed. pp.304
(1985)
【5】Dieter K. Schroder,Semiconductor Material and Devices Characterization 2nd ed. pp.140(1998)
【6】Dieter K. Schroder,Semiconductor Material and Devices Characterization 2nd ed. pp.134(1998)
【7】Dieter K. Schroder,Semiconductor Material and Devices
Characterization 2nd ed. pp.134(1998)
【8】Dieter K. Schroder,Semiconductor Material and Devices
Characterization 2nd ed. pp.134(1998)
【9】Dieter K. Schroder,Semiconductor Material and Devices
Characterization 2nd ed. pp.150(1998)
【10】Dieter K. Schroder,Semiconductor Material and Devices
Characterization 2nd ed. pp.154(1998)
【11】A. J. Willws,A. P. Botha,Investigation of ring structures for metal-semiconductor contact resistance determination,Thin Solid Films,vol. 146,pp.15(1987)
【12】G. K. Reeves,Specific contact resistance using circular transmission line model,Solid-State Electronics,vol. 23,pp.487(1980)
參考資料:
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【14】李正中,薄膜光學與鍍膜技術,藝軒出版社
【15】莊達人,VLSI製造技術,高立圖書(1994)
【16】劉銘雄,GaN by Inductively Coupled Plasms,國立台灣海洋大學光電所碩士論文
【17】蔡志勇,氮化鎵淺層缺陷研究,國立台灣海洋大學光電所碩士論文
【18】汪建民,材料分析,中華材料科學協會(1998)
第四章參考資料:
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【2】Dong-Feng Wang,Feng Shiwei,C. Lu,Abhishek Motayed,Muzer Jah,and S. Noor Mohammad,J. Appl. Phys. Vol.89,pp.6214(2001)
【3】N. A. Papanicolaou,A. Edwards,M. V. Rao,J. Mittereder and W. T. Anderson,J. Appl. Phys. Vol.87,pp.380(2000)
【4】N. A. Papanicolaou,A. Edwards,M. V. Rao,J. Mittereder and W. T. Anderson,J. Appl. Phys. Vol.87,pp.380(2000)
【5】A. Zeitouny,M. Eizenberg,S. J. Pearton,F. Ren,J. Appl. Phys. Vol.88,pp.2084(2000)
【6】S. Rouvimov,Z. Liliental-Weber,J. Washburn,K. J. Duxstad,E. E. Haller,Z. F. Fan,S. N. Mohommad,W. Kim,A. E. Botchkarev and H. Morkoc,Appl. Phys. Lett.,Vol.69,pp.1556(1996)
【7】Q. Z. Liu and S. S. Lau,Solid-State Electron.,Vol.42,pp.677(1998)
【8】M. E. Lin,Z. Ma,F. Y. Huang,Z. F. Fan,L. H. Allen and H. Markoc,Appl. Phys. Lett. Vol.64,pp.1003(1994)
【9】L. F. Lester,J. M. Brown,J. C. Zhang,S. D. Hersee and J. C. Zolper,Appl. Phys. Lett. Vol.69,pp.2737(1996)
【10】N. A. Papanicolaou,A. Edwards,M. V. Rao,J. Mittereder and W. T. Anderson,J. Appl. Phys. Vol.87,pp.380(2000)
【11】N. A. Papanicolaou,A. Edwards,M. V. Rao,J. Mittereder and W. T. Anderson,J. Appl. Phys. Vol. 87,pp.380(2000)
【12】Jong-Lam Lee,J. K. Kim,J. W. Lee,Y. J. Park,T. Kim,H. E. Shin,Appl. Phys. Lett. Vol.73,pp.2953
【13】Jong-Lam Lee,J. K. Kim,J. W. Lee,Y. J. Park,T. Kim,H. E. Shin,Appl. Phys. Lett. Vol.73,pp.2953
【14】施敏原著,張俊彥譯註,半導體元件物理與製作技術,高立出版社
【15】劉夢騏,氮化鎵之歐姆性接觸,國立台灣海洋大學光電所碩士論文
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