化合物半导体器材的界说和制作工艺

文章来历：学习那些事。

原文作者：小陈婆婆。

本文介绍了化合物。半导体。器材的界说和工艺。

化合物半导体器材与集成技能。

化合物半导体器材以Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族元素经过共价键构成的资料为根底，展现出共同的电学与。光学。特性。以砷化镓（GaAs）为例，其电子迁移率高达8500cm²/V·s，本征。电阻。率达10⁹Ω·cm，是制作高速、高频、抗辐射器材的抱负资料。

经过资料成长与调控技能，如液相外延（LPE）、气相外延（VPE）、金属有机物化学气相堆积（MOCVD）和分子束外延（MBE），可完成能带结构的准确裁剪，构成异质结、超晶格等量子结构，为器材功能打破供给物理根底，本文分述如下：

• 化合物半导体器材中的特别概念。
• 化合物MESFET及集成工艺。
• HEMT及制作工艺。
• 化合物半导体HBT及制作工艺。

化合物半导体器材中的特别概念。

异质结是化合物半导体器材的中心立异点。经过不同禁带宽度资料的组合，构成能带势垒或势阱，明显影响载流子输运。例如，在GaAs/AlGaAs异质结中，导带阶差ΔEc与价带阶差ΔEv的比值约为0.6-0.7，构成天然量子阱，束缚电子构成二维电子气（2DEG），迁移率可达10⁵cm²/V·s（液氦温度）。

异质结的势垒形状（方形、三角形、梯形）经过量子隧穿效应调控。电流。，是完成高频、高速器材的要害。

方局势垒（Abrupt He。te。rojunc。ti。on）。

构成条件：组分骤变界面（如GaAs/AlGaAs）。

隧穿特性：隧穿概率与势垒高度呈指数联系，适用于共振隧穿。二极管。（RTD）。

典型使用：超高速。数字电路。（开关时刻。<1ps）

三角局势垒（Graded Heterojunction）。

构成条件：组分突变界面（如InGaAs/InP）。

输运机制：热电子发射主导，合适制作异质结双极。晶体管。（HBT）基区。

优势特征：基区渡越时刻缩短至10⁻¹²s量级。

梯局势垒（Digital Alloy）。

结构特色：超晶格周期结构（如GaAs/AlAs多层膜）。

量子效应：发生迷你带（Miniband）输运，完成负微分电阻特性。

器材使用：量子阱。红外。探测器。（QWIP），呼应波长8-12μm。

化合物MESFET及集成工艺。

金属-半导体场效应晶体管（MESFET）使用。肖特基。势垒操控沟道载流子耗尽。GaAs MESFET经过槽栅工艺操控沟道剩下厚度，调理夹断电压（Vp），完成增强型（Vp>0）与耗尽型（Vp。<0）器件。

其集成工艺包含：

外延成长：在半绝缘GaAs衬底上成长N型GaAs沟道层（MOCVD或MBE）。

源漏欧姆触摸：选用AuGe/Ni/Au合金化，触摸电阻。<5×10⁻⁶Ω·cm²。

槽栅刻蚀：湿法腐蚀操控剩下沟道厚度（50nm），精度。<5nm。

阻隔工艺：离子注入构成高阻阻隔区（电阻率>10⁶Ω·cm）。

HEMT及制作工艺。

高电子迁移率晶体管（HEMT）经过异质结能带工程完成2DEG的高密度输运。

其结构包含：

HJFET：刺进宽禁带AlGaAs缓冲层，下降衬底漏电。

MODFET：非掺杂i-GaAs沟道与δ掺杂n⁺-AlGaAs供体层组合，构成2DEG密度3×10¹²cm⁻²。

pHEMT：引进InGaAs赝晶沟道与Delta掺杂，2DEG密度提高至5×10¹²cm⁻²，迁移率打破10⁵cm²/V·s。

制作工艺要害步骤：

MBE外延：层结构精度。<0.1nm，组分波动<0.5%。

台面阻隔：重离子注入（如B ^+^ )，阻隔电阻>10⁷Ω。

源漏触摸：AuGe/Ni/Au合金化，触摸电阻0.08Ω·mm。

槽栅工艺：H3PO4基湿法腐蚀，栅长界说分辨率30nm。

化合物半导体HBT及制作工艺。

异质结双极晶体管（HBT）经过非对称能带结构提高电流增益。

其间心公式为：

其间，基区掺杂浓度NB可高达1×10²⁰cm⁻³，明显下降基区电阻。制作工艺包含：

外延成长：InGaP/GaAs系统，界面粗糙度。<0.5nm。

台面阻隔：重离子注入（如B ^+^ )，剂量5×10¹³cm⁻²。

基区触摸：Pt/Ti/Au多层金属，触摸电阻0.1Ω·mm。

发射极金属化：AuGe/Ni/Au合金化，肖特基势垒高度0.8eV。

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