美国和德国的研究人员声称首次研发了自对准栅(SAG)β-多型氧化镓(β-Ga2O3)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
美国KBR和空军研究实验室以及德国IKZ的研究人员首先采用了一种带有硅离子注入的难熔金属栅极设计来消除离子源接入电阻,从而获β-Ga2O3MOSFET的最高跨导值。研究人员认为,这种SAG工艺能帮助未来β-Ga2O3器件工程学实现高性能和超低功耗。报道的β-Ga2O3器件的性能受到寄生电阻效应的限制。SAG工艺中的硅离子注入是降低硅和碳化硅(SiC)晶体管访问电阻的关键技术。
该团队使用了一种半绝缘的铁掺杂β-Ga2O3衬底,通过MOCVD向其中添加了22nm的n沟道的硅掺杂的β-Ga2O3沟道层。从源极侧制作硅离子注入物,使栅-源标称距离为0μm。在900度下进行120s的快速热退火激活了硅掺杂。器件完成后,研究人员使用Van der Pauw结构提取了4.96x1012 / cm2的载体片密度和48.4cm2 / V-s的迁移率。通道中的薄层电阻为2.6x104Ω/平方,而注入区域中的薄层电阻为2.0x103Ω/平方。接触电阻为1.5Ω-mm。2.5μm栅长器件的电气特性具有35mS / mm的峰值跨导,漏极偏置电压为10V,最大漏极电流达到140mA / mm。亚阈值摆幅为121mV /十倍频,研究人员称其为“优秀”。栅极为4V时,小漏极偏置时的导通电阻为30Ω-mm。
利用基于结果的模型,研究人员预测0.5μm的栅极器件可以实现0.6mS / mm的跨导,350mA / mm的漏电流和17Ω-mm的导通电阻。该团队通过比较后评论道:“除了垂直缩放的δ-掺杂的β-Ga2O3MESFET外,β-Ga2O3FET的峰值跨导(GM)的结果是最先进的,并且栅极长度很大。”