ניו-טק מגזין | פברואר 2023

על בסיס HEMT לבידוד טרנזיסטורים מסוג ) באמצעות השתלת GaN גליום ניטריד ( יונים, שבאמצעותה הושגה התנגדות השטח הסגולית הגבוהה ביותר שדווחה עד ), שהיא מדד חשוב Ω / sq 1015–1013 כה ( להערכת הבידוד. הבנת מנגנון הבידוד של השתלת יונים היא המפתח להמשך שיפור הטכנולוגיה למרות ההתקדמות המשמעותית שכבר נעשתה, הסיבה שבזכותה השיטה הזאת כל כך יעילה והיכן בדיוק נוצרים נתיבי הזליגה עדיין לא ידועים. הבנת המאפיינים הפיזיקליים של מנגנון הזליגה באזורים שבהם הושתלו היונים ומודלים מתאימים שידמו אותו הם המפתח לשיפור תהליך הייצור (כמו למשל ויסות הטמפרטורה ומינון היונים) והתאמתו ליישומים שונים, כמו למשל שבבים לתקשורת סלולרית. יש כמובן סיבה מדוע כל כך קשה להבין את מנגנון הבידוד. באזור שבו הושתלו היונים קיימים פגמים מסוגים שונים, ובהם פגמים נקודתיים (כמו חללים ריקים או פגמי חדירה), פגמים מורכבים, זיהום על ידי יונים זרים ושינויים במבנה הסריג. Al ) Ga ( N כמו כן, קיים קיטוב בין שכבת ה־ . תמהיל הפגמים והמטענים GaN לשכבת ה־ הזה מקשה לדמות את התנהגות המטענים בתוך מבנה ההטרו המבודד ולאתר את נתיב הזליגה. באמצעות ניסויים ומודלים ממוחשבים, לחשוף בפעם הראשונה imec הצליחה את מנגנון הזליגה במבני הטרו מבודדים ). הממצאים GaN על בסיס גליום ניטריד ( Journal of פורסמו לאחרונה בכתב העת . Applied Physics התנסו עם שכבות imec החוקרים של בעוביים שונים והצליחו AIN ו־ AlGaN לבודד ולנתח את התנגדות השטח הסגולית באזורים המבודדים ואת אנרגיות השפעול שלהם. תוצאות הניסויים הובילו את החוקרים למסקנה כי רוב הזליגה מתרחשת דרך נתיב אומי של אלקטרונים .) GaN על פני השטח של הגליום ניטריד ( במונחי פיזיקה, פירושו של דבר כפיפות כלפי מטה של פס המוליכות של גליום ניטריד בסמוך לפני השטח. הממצאים האלה אפשרו בניית מודלים מדויקים יותר של מבנה ההטרו המבודד ושחזור מבנה פסי האנרגיה שלו. כמו כן, שימשה התגלית גם

AlGaN/)AlN(/ ) של מבני הטרו Rsh גרף התנגדות השטח הסגולית ( :3 תמונה « ) מעיד כי קיים a לאחר בידוד הטרנזיסטורים בשיטת שתילת יונים. גרף ( GaN ) מתאר את השפעת טמפרטורת b מנגנון בידוד פיזיקלי משותף לכל החומרים. גרף ( (התמונה imec התהליך על איכות הבידוד. הנתונים נלקחו מהספרות ומניסויים של .) Journal of Applied Physics פורסמה גם בכתב העת IMEC קרדיט:

GaN(:( תרשים המציג את מנגנון הזליגה במבני הטרו של גליום ניטריד :4 תמונה « ) תרשים b )) נתיב הזליגה בפני השטח לעומת נתיב זליגה במצע בדגם פס תמסורת; ( a המציג את כפיפות הפס בפני השטח AlGaN/AlN/GaN פס האנרגיה של מבנה ההטרו .) Applied Physics ) (התמונה פורסמה גם בכתב העת GaN של הגליום ניטריד ( IMEC קרדיט:

למדידת צפיפות הפגמים באזורים שבהם הושתלו היונים, שבניסויים האלה הייתה 2 x 1018 cm -3 ~־ ו GaN עבור 2 x 1019 cm -3~ . רוב הפגמים האלה היו פגמים AlGaN עבור נקודתיים. הפגמים הנקודתיים נוצרו בשל שיטת השתלת היונים ולא התאחו מכיוון HEMT שתהליך ייצור הטרנזיסטורים מסוג משתמש בטמפרטורה נמוכה. imec של הצפיפות הגבוהה של הפגמים הנקודתיים חיונית להגבלת כפיפות פס האנרגיה בפני השטח של הגליום ניטריד ולהקטנת הזליגה. סיכום חשפו בפעם הראשונה imec החוקרים ב־ ומיפו את המנגנון שהופך את שיטת השתלת היונים ליעילה כל כך בבידוד טרנזיסטורים על בסיס גליום ניטריד HEMT מסוג ). הממצאים האלה יסייעו להמשיך GaN (

ולשפר את תהליך הייצור, במטרה להשיג איכות בידוד גבוהה המתאימה ליישומי תקשורת סלולרית/גלים מילימטריים. הם גם יכולים לתרום לשיפורים בתחום ספקי הכוח ומערכות מתח. כמו כן, הוביל המחקר לפיתוח גישה חדשה להערכת צפיפות הפגמים במבני הטרו מבודדים על ). פיתוח הגישה GaN בסיס גליום ניטריד ( והמודלים הממוחשבים החדשים הם רק חלק מפעילות המחקר שנועדה להוביל לשיפורים נוספים בטרנזיסטורים על בסיס ) והתאמתם ליישומי GaN גליום ניטריד ( תקשורת סלולרית. התוצאות ממחישות כיצד חשיפת המנגנון הפיזיקלי שבבסיס הטכנולוגיה יכולה להיות המפתח לקפיצת המדרגה הבאה בפיתוחם של טרנזיסטורים .) GaN על בסיס גליום ניטריד (

New-Tech Magazine l 54