In der Arbeit wurden die zwei ternären Oxide GdScO3 und AlTiOx strukturell und elektrisch charakterisiert und in laterale AlGaN/GaN-MISHEMTs integriert. GdScO3 wächst hexagonal und epitaktisch bei einer Abscheidung mittels PLD bei 700°C auf einer AlGaN/GaN Heterostruktur auf. Die demonstrierten MISHEMTs zeigen einen deutlich verringerten Gate-Leckstrom. Zeit- und beleuchtungsabhängige Drain-Strom Messungen im ausgeschaltetem Transistor weisen allerdings auf photoinduzierte Trapzustände mit langer Lebensdauer im Oxid hin, die den Drain-Leckstrom limitieren. Die AlTiOx Mischoxide wurden mittels ALD abgeschieden. Dabei wurde die Stöchiometrie über das Zyklenverhältnis zwischen Al2O3 und TiO2 variiert. Es konnte gezeigt werden, dass der Brechungsindex, die Permittivität, die Bandlücke und das Bandalignment zum GaN über die Stöchiometrie eingestellt werden können. Durch die Implementierung eines high-k last Prozesses konnten schaltbare MISHEMTs prozessiert werden. Durch die Simulation der Bandstruktur konnten die Einsatzspannungsverschiebung und ein Maximum des Drain-Stroms im ausgeschaltetem Zustand über die Ermittlung der Barrierendicke für Elektronen erklärt werden. Für eine Passivierung mit TiO2 wurde ein um 2,5 Größenordnungen reduzierter Drain-Leckstrom bei gleichzeitig nur minimal verschobener Einsatzspannung gemessen.:Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 7
2 Grundlagen 9
2.1 Der III-V Halbleiter Galiumnitrid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Der Hetero-Feldeffekttransisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Performance Einschränkungen am unpassivierten HFET . . . . . . . . 14
2.4 Gatedielektrika für MISHEMTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.1 Verwendete Dielektrika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.2 Limitationen in MISHEMTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5 Atomlagenabscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5.1 Der ALD-Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5.2 Abscheidung ternärer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3 Charakterisierungsmethoden 31
3.1 Kapazitäts-Spannungs-Messungen an MIS-Kondensatoren . . . . . . . . 31
3.2 Photo-assisted Kapazitäts-Spannungsmessungen . . . . . . . . . . . . . 34
3.3 Messungen am Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4 Probenherstellung 39
4.1 Atomlagenabscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2 Prozessoptimierung am HFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2.1 Mesa-Ätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2.2 Formierung der ohmschen Kontakte . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.3 Strukturierung der Oxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5 Gadoliniumscandiumoxid 53
5.1 Strukturelle Charakterisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.2 PhotoCV-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.3 MISHEMT mit GdScO3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6 Aluminium-Titanoxid Mischschichten 65
6.1 Voruntersuchungen am TiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.2 Strukturelle Charakterisierung an AlTiOx . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2.1 Stöchiometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.2.2 Kristallisationsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.3 Bestimmung des Bandalignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.3.1 UV/Vis Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.3.2 Röntgenphotoelektronenspektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.3.3 Bandalignment zum GaN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6 Inhaltsverzeichnis
6.4 Elektrische Charakterisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.4.1 CV-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.4.2 IV-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.4.3 PhotoCV-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6.5 Zusammenfassung der AlTiOx Charakterisierung . . . . . . . . . . . . . 86
6.6 MISHEMTs mit AlTiOx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.6.1 high-k first MISHEMTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.6.2 High-k last MISHEMTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.7 Einordnung der Transistorergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7 Zusammenfassung 99
Anhang 103
Abkürzungsverzeichnis 111
Symbolverzeichnis 113
Abbildungsverzeichnis 115
Tabellenverzeichnis 121
Literatur 123
Publikationen 141
Danksagung 143
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:86881 |
| Date | 12 September 2023 |
| Creators | Seidel, Sarah |
| Contributors | Heitmann, Johannes, Vescan, Andrei, Technische Universität Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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