德國和荷蘭的研究人員已經(jīng)使用金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD）來創(chuàng)建AlScN勢壘高電子遷移率晶體管（HEMT）。該團隊還使用氮化硅（SiNx）蓋材料來代替更常見的氮化鎵（GaN），據(jù)該團隊所知該材料此前從未被研究過。

　　AlScN的研究工作建立在一篇關(guān)于MOCVD增長報告的基礎(chǔ)上，該報告由弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所（IAF）、INATECH、荷蘭Eurofins材料科學(xué)和荷蘭埃因霍溫大學(xué)的團隊、德國的弗勞恩霍夫材料與系統(tǒng)微結(jié)構(gòu)研究所（IMWS）共同研究。

　　將鈧引入勢壘增加自發(fā)和壓電（應(yīng)變相關(guān)）電荷極化，這使HEMT所基于的GaN二維電子氣（2DEG）通道中的薄層電荷載流子密度達到5倍。研究人員正在開發(fā)和部署GaN通道HEMT，用于電動汽車（EV）、可再生能源功率處理、微波無線通信功率傳輸?shù)雀吖β省⒏邏汉透哳l應(yīng)用。

　　盡管以前用分子束外延（MBE）生長AlScN材料制造HEMT，但MOCVD工藝更適合用于批量生產(chǎn)。將鈧引入MOCVD中的一個問題是潛在前驅(qū)體的蒸氣壓低。MOCVD在低壓（40-100mbar）下進行，用氫氣作載氣，生長溫度為1000℃至1200℃。氮源為氨（NH3）。第三類金屬鎵和鋁來自三甲基（TM-）有機物。鈧的前體是三環(huán)戊二烯基鈧（Cp3Sc）。硅烷（SiH4）為SiNx帽提供硅。

　　AlScN阻擋層的生長使用了各種連續(xù)和脈沖方法。脈沖方法包括將金屬電源與5s Cp3Sc和2s TM-Al交替使用。

　　該實驗使用100mm藍寶石襯底和4H碳化硅（SiC）進行某些實驗，尤其是在晶體管制造階段。

　　HEMT由鈦/鋁歐姆源極-漏極觸點和離子注入設(shè)備隔離組成。研究人員稱，SiNx鈍化技術(shù)實現(xiàn)了“低電流擴散和熱穩(wěn)定性”。柵極設(shè)計為低電容，以改善高速操作。

　　氮化硅用于覆蓋AlScN勢壘層。在AlGaN晶體管中，經(jīng)常使用GaN帽，但是在AlScN的情況下，發(fā)現(xiàn)這種帽很難生長，會出現(xiàn)“3d島”，這對保護和鈍化AlScN的能力產(chǎn)生了不利影響。根據(jù)原子力顯微鏡（AFM）測量，在1000°C下生長的材料中，發(fā)現(xiàn)AlScN上的GaN帽的均方根粗糙度為1.5nm，而SiNx的均方根粗糙度為0.2nm。

　　用于HEMT的材料在9.5nm AlScN阻擋層中包含約14％的Sc。SiNx帽為3.4nm。生長溫度為1100°C，使用連續(xù)供應(yīng)的前體進行AlScN沉積。襯底是4H SiC。還生長并制造了具有3nm SiNx帽的比較5.6nm AlN勢壘器件。

　　通過比較發(fā)現(xiàn)具有AlScN勢壘的HEMT的性能與具有AlN勢壘的器件相當(dāng)，AlScN HEMT的性能低于理論預(yù)期。研究人員表示，兩種樣品中遷移率較低的主要原因可能是界面質(zhì)量差和原子之間的相互擴散，從而導(dǎo)致合金散射，影響HEMT異質(zhì)結(jié)構(gòu)的遷移率，并補充說AlScN HEMT已經(jīng)優(yōu)于標準AlGaN HEMT。