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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:程俊毓
研究生(外文):Cheng Chun Yu
論文名稱:氮化鎵MSM壓變電容元件研製及其ESD應用研究
論文名稱(外文):On The Manufacturing Of GaN MSM Varactor And It’s ESD Application
指導教授:張連璧張連璧引用關係
指導教授(外文):L.B.Chang
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
中文關鍵詞:壓變電容氮化鎵二維電子氣
外文關鍵詞:varactor2DEGAlGaN/GaN
相關次數:
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中文摘要
AlGaN/GaN高電子遷移率電晶體,因其材料具備寬能隙、高電子遷移率、高飽和速度、化學惰性大、鍵結力強的特點,所以非常適合運用在高功率、高頻率條件下的微波元件所使用。本論文主要研究目標在討論經過硫化處理前後的AlGaN/GaN異質結構壓變電容的電性及表面材料特性,以及將此MSM結構製作成壓變電容,應用在一種串級電壓脈衝防護電路上。
在表面處理方面,分別使用硫化銨溶液與硫化銨加五硫化二磷溶液兩種不同的硫化方式,與未硫化做比較;在電性方面,探討經過硫化銨加五硫化二磷溶液的浸泡,漏電流的最佳狀況。在AlGaN/GaN異質接面壓變電容的應用上,電容值在經過硫化銨溶液或硫化銨加五硫化二磷溶液的浸泡,其電容值會提升,使得電容轉換比例增加。
最後利用我們所揭示的MSM結構的壓變電容特性;在正常工作時,可變電容具有高電容值,有利訊號通過,而當強烈之過電壓脈衝發生時,電容降低,使得過電壓訊號無法藕合,因此可以確保ESD或EMP突波脈衝不會損害其後之電子元件。
Abstract
Due to the fact that Nitrides exhibit many superior characteristics such as wide bandgap, high electronic mobility, high saturating velocity, large chemical inertia and strong bonding strength; AlGaN/GaN high electronic mobility transistor (HEMT) are extremely suitable for the uses of high power and high-frequency microwave devices. Thus this thesis focuses on the discussion of Schottky contact properties and the respective surface behaviors of AlGaN/GaN heterostructure, before and after a sulfidizing process. In addition, an Metal Semiconductor Metal (MSM) varactor is also fabricated and applied on a serial over voltage protecting circuit.
The proposed MSM varactor’s capacitance changes along with the voltage input. During normal operation, the varactor poses high capacitance (small capacitive impedance) which allows singal pass easily. However, when over voltage pulse introduces, the capacitance would reduce rapidly (capacitive impedance increased), therefore guarantees the surging pulse not to harm the internal component.
Two different sulfidizing processes, one with (NH4)2S solution and the other with (NH4)2S+ P2S5 solution were used. Among which, the (NH4)2S+ P2S5 treated sample poses the least leakage current.In terms of these MSM varactor applications, both (NH4)2S and (NH4)2S+ P2S5 treated samples, there low voltage capacitance are increased, which would result in the respective capacity transformation ratio increaseing.
目錄
指導教授授權書
口試委員會審定案
長庚大學論文著作授權書
致謝
中文摘要………………………………………………………………...Ⅳ
Abstract………………………………………………………………….Ⅴ
目錄………………………………………………………………….......Ⅵ
表目錄…………………………………………………………………...Ⅷ
圖目錄…………………………………………………………………...Ⅸ
第一章 前言…………………………………………………………….1
第二章 相關理論……………………………………………………….7
2.1 極化效應…………………………………………………………10
2.2 二維電子氣(2DEG)……………………………………………...12
2.3 蕭特基能障二極體(Schottky Barrier Diode)……………………15
2.4 金屬-半導體-金屬結構(MSM)………………………………….19
2.5 X光光電子能譜儀(XPS,X-ray photoelectron spectroscopy)….26第三章 實驗步驟與方法……………………………………………...31
3.1 晶片成長………………………………………………………....32
3.2 晶片清洗與處理………………………………………………....33
3.3 硫化處理…………………………………………………………33
3.4 光學微影製程……………………………………………………35
3.5 金屬蒸鍍…………………………………………………………38
3.6 XPS量測………………………………………………………….38
3.7 MSM元件製作…………………………………………………...40
3.8 電路設計…………………………………………………………42
第四章 實驗結果與討論……………………………………………...43
4.1 晶片的基本結構…………………………………………………43
4.2 電流-電壓量測特性……………………………………………..45
4.3 電容-電壓量測特性…………………………………………..…52
4.4 X光光電子能譜儀量測特性…………………………………….59
4.5 壓變電容元件在抗靜電上之應用………………………………65
第五章 結論……………………………………………………….…..73
參考文獻………………………………………………………………...75





表目錄
表2.1 矽、砷化鎵、氮化鎵、4H-碳化矽、6H-碳化矽半導體材料……….9
表3.1 蕭基電極硫化處理方式………………………………...………34
表3.2 硫化銨化學藥品基本資料………………………………….…..34
表3.3 五硫化二磷化學藥品基本資料……………………………..….35
表3.4 圖3.3線寬說明………………………………………………….36
表3.5 圖3.4線寬說明………………………………………………….37
表4.1 不同電極大小的比較…………………………………………...54
表4-2 不同硫化方式的比較……………………………………...……58













圖目錄
圖1.1 典型的單異質接面能帶圖……………………………………….2
圖1.2 串級電磁脈衝防護電路示意圖………………………………….6
圖2.1 第三族氮化物半導體材料晶格常數與能隙關係圖…………….9
圖2.2 Ga-face及N-face在沒有應力下的極化效應…………………...11
圖2.3 Ga-face及N-face在伸張應力下的極化效應…………………...11
圖2.4 Ga-face及N-face在壓縮應力下的極化效應…………………...12
圖2.5 異質接面所形成的二維電子氣...………………………………13
圖2.6 濃度大小的影響因素…………………………………………...14
圖2.7 表面施體對於未摻雜氧化鋁鎵的厚度………………………...14
圖2.8 對於 理想金屬與半導體接觸之前與熱平衡的能帶圖….16
圖2.9 對於 理想金屬與半導體接觸之前與熱平衡的能帶圖….16
圖2.10 對於 理想金屬與半導體接觸之前與熱平衡的能帶圖...17
圖2.11 金屬-半導體接面的理想能帶圖…………………………...….18
圖2.12 MSM結構圖……………………………………………………19
圖2.13 金屬-半導體(無二維電子氣)-金屬結構的電流-電壓特性示意圖……………………………………………………………………...21
圖2-14 無二維電子氣漏電流說明示意圖…………………………….21
圖2-15 金屬-半導體(有二維電子氣)-金屬結構的電流-電壓特性示意圖……………………………………………………………………...22
圖2-16 有二維電子氣漏電流說明示意圖…………………….………22
圖2.17 半導體無二維電子氣之CV示意圖………………………….24
圖2.18 半導體有二維電子氣之CV示意圖………………………….24
圖2.19 空乏區示意圖………………………………………………….25
圖2.20 光電子發生原理示意圖…………………………………….…27
圖2.21 XPS構造圖…………………………………………………..…28
圖3.1 實驗流程圖……………………………………………….……..31
圖3.2 無摻雜的AlGaN/GaN高速電子元件磊晶圖…………………..32
圖3.3 同線寬光罩圖…………………………………………………...36
圖3.4 全部光罩圖……………………………………………………...37
圖3.5 XPS儀器…………………………………………………………40
圖3.6 已打金線之完成圖…………………………………………..….41
圖3.7 打金線放大圖………………………………………………...…41
圖3.8 利用ADS所模擬出來的電路圖………………………………..42
圖3.9 元件焊接好之完成圖…………………………………………...42
圖4.1 本實驗所使用的晶片磊晶圖……………………………….…..44
圖4.2 加負偏壓電流-電壓之關係………………………………..……46
圖4.3 漏電流說明示意圖……………………………………….….….46
圖4.4 不同硫化處理方法浸泡五分鐘電流-電壓之關係……………..48
圖4.5 不同硫化處理方法浸泡五分鐘電流密度-電壓之關係………..48
圖4.6 不同硫化處理方法浸泡十分鐘電流-電壓之關係……………..49
圖4.7 不同硫化處理方法浸泡十分鐘電流密度-電壓之關係………..49
圖4.8 不同硫化處理方法浸泡十五分鐘電流-電壓之關係…………..50
圖4.9 不同硫化處理方法浸泡十五分鐘電流密度-電壓之關係……..50
圖4.10 不同硫化處理方法浸泡三十分鐘電流-電壓之關係…………51
圖4.11 不同硫化處理方法浸泡三十分鐘電流密度-電壓之關係……51
圖4.12 不同電極大小的電容-電壓之關係……………………………53
圖4-13 空乏區示意圖………………………………………………….54
圖4-14 硫化時間不同的電容值比較圖………………………..……...56
圖4-15 硫化時間表面示意圖………………………………………….56
圖4-16 兩種不同硫化方式浸泡五分鐘的電容-電壓之關係………...57
圖4-17 XPS光電子全能譜圖…………………………………………..59
圖4-18 Al2P之XPS光電子能譜圖…………………………………….60
圖4-19 Ga3d之XPS光電子能譜圖……………………………………61
圖4-20 N1S之XPS光電子能譜圖……………………………………62
圖4-21 S2P之XPS光電子能譜圖……………………………………..63
圖4-22 P2P之XPS光電子能譜圖……………………………………..64
圖4-23 利用多個P-N二極體或齊納二極體做靜電保護………….....67
圖4-24 利用MOV做靜電保護………………………………………..68
圖4-25 串級電磁脈衝防護電路圖…………………………………….69
圖4-26 利用ADS模擬出在正常工作條件下的S(2 , 1)……………..70
圖4-27 利用ADS模擬出在大電壓工作條件下的S(2 , 1)…………..70
圖4-28 正常工作條件下所量測到的S(2 , 1)………………………...71
圖4-29 在功率0dBm的條件下所量測的S(2 , 1)……………………71
圖4-30 在功率15dBm的條件下所量測的S(2 , 1)…………………..72
參考文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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