氮化镓MOS电容器中慢陷阱量化的等效电压平移方法

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Equivalent-Voltage Translation for Slow-Trap Quantification in GaN MOS Capacitors

　　

摘要：氮化镓（GaN）器件中慢陷阱的定量分析仍然具有挑战性，因为许多基于电容的提取方法依赖于从 C-V 数据到表面势的绝对转换。在 GaN 器件中，当存在色散、非准静态响应、漏电流以及串联/接入电阻时，这种转换可能不可靠。在本研究中，我们开发了一种用于 Al2O3/GaN 金属氧化物半导体电容器（MOSCAPs）的串联电阻（Rs）校正等效电压转换（EVT）方法。EVT 不重建绝对表面势，而是将串联电阻校正后的电容瞬态映射到预先测量的电容-电压参考曲线上，并提取等效栅极电压偏移。这种基于测量的转换方法可以从同一瞬态中得出随时间变化的慢陷阱面密度变化 ΔNst(t) 和有效时间常数。对于 piranha + SC-1 分割组，在 4.8 V 下填充 60 s 后，EVT 给出的 ΔNst(1 s) 为 1.07×10^11 cm^-2。该值接近基于迟滞的一致性检查结果 1.12×10^11 cm^-2，且高于基于同一校正数据集的表面势（SP）基准测试所得到的值。在相同的瞬态协议下，EVT 还捕捉到了衬底预清洗的影响，对于 HCl 分割组，ΔNst(1 s) 增加至 2.07×10^11 cm^-2。这些结果支持 EVT 作为一种匹配频率、基于测量的框架，用于 Al2O3/GaN 栅极堆叠中慢陷阱的定量基准测试和标准化工艺筛选。

I. 引言
氮化镓（GaN）器件越来越多地采用金属-绝缘体-半导体（MIS）结构以改善静电控制并抑制栅极漏电。在这些栅极堆叠中，介质/GaN 界面处或附近的慢电荷捕获会在亚秒到几十秒的时间尺度上扰动界面静电，导致平带电压（）或阈值电压（）发生偏移，以及–迟滞和频率色散 [1], [2], [3], [4], [5], [6]。由于这些捕获过程会影响 MOS 栅极 GaN 器件中的沟道控制、可靠性和偏置稳定性，因此 GaN MOS 电容器（MOSCAPs）被广泛用于将介质/GaN 栅极堆叠响应与晶体管级别效应隔离开来。