國儀量子電鏡在 GaN HEMT 器件柵極凹槽形貌分析的應(yīng)用報告

一、背景介紹

在現(xiàn)代功率電子與微波射頻領(lǐng)域，氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）器件憑借其高電子遷移率、高擊穿電場、低導(dǎo)通電阻等優(yōu)異特性，成為提升系統(tǒng)效率、實現(xiàn)小型化與高性能化的關(guān)鍵組件。在 5G 基站的射頻功率放大器中，GaN HEMT 器件能夠高效處理高頻信號，提高信號傳輸質(zhì)量；在新能源汽車的車載充電器和逆變器里，可大幅提升電能轉(zhuǎn)換效率。

柵極作為 GaN HEMT 器件的核心結(jié)構(gòu)，其凹槽形貌對器件性能有著決定性影響。精確控制的柵極凹槽形貌有助于優(yōu)化器件的閾值電壓、降低柵極泄漏電流、提高器件的跨導(dǎo)和開關(guān)速度。例如，合適深度與寬度的凹槽能有效調(diào)控二維電子氣（2DEG）的分布，增強柵極對溝道電流的控制能力，提升器件的功率密度。然而，在實際制造過程中，受光刻、刻蝕等工藝條件的限制，柵極凹槽形貌易出現(xiàn)偏差，如凹槽深度不均勻、邊緣粗糙、底部不平坦等問題。這些形貌缺陷會導(dǎo)致器件性能的不一致性，降低產(chǎn)品良率，增加生產(chǎn)成本。因此，精準(zhǔn)分析 GaN HEMT 器件柵極凹槽形貌，對優(yōu)化制造工藝、提升器件性能、推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

二、電鏡應(yīng)用能力

（一）微觀形貌成像

國儀量子 SEM3200 電鏡具備高分辨率成像能力，能夠清晰呈現(xiàn) GaN HEMT 器件柵極凹槽的微觀形貌。可精確觀察到凹槽的形狀，判斷其是否為理想的矩形、梯形或存在變形；呈現(xiàn)凹槽邊緣的銳利程度，確定是否有鋸齒狀或圓角現(xiàn)象；展示凹槽底部的平整度，判斷有無凹凸起伏。通過對微觀形貌的細致成像，為評估凹槽質(zhì)量提供直觀依據(jù)。例如，邊緣銳利且底部平坦的凹槽有利于精確控制 2DEG 分布，提升器件性能。

（二）尺寸測量與分析

借助 SEM3200 配套的圖像分析軟件，能夠?qū)艠O凹槽的關(guān)鍵尺寸進行精確測量。測量凹槽的深度、寬度、長度等參數(shù)，計算不同位置的尺寸偏差。通過統(tǒng)計分析這些尺寸數(shù)據(jù)，評估凹槽形貌的一致性。例如，較小的深度偏差意味著凹槽深度均勻，有利于實現(xiàn)器件性能的一致性。精確的尺寸測量與分析為工藝優(yōu)化提供量化數(shù)據(jù)支持。

（三）形貌與性能關(guān)聯(lián)研究

SEM3200 獲取的柵極凹槽微觀形貌和尺寸數(shù)據(jù)，結(jié)合器件的電學(xué)性能測試結(jié)果，能夠輔助研究凹槽形貌與器件性能之間的關(guān)聯(lián)。分析凹槽形貌參數(shù)對閾值電壓、泄漏電流、跨導(dǎo)等電學(xué)性能指標(biāo)的影響規(guī)律。例如，發(fā)現(xiàn)凹槽深度的增加會導(dǎo)致閾值電壓降低，為通過優(yōu)化凹槽形貌提升器件性能提供理論指導(dǎo)。

三、產(chǎn)品推薦

國儀量子 SEM3200 鎢燈絲掃描電鏡是 GaN HEMT 器件柵極凹槽形貌分析的理想設(shè)備。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到柵極凹槽微觀形貌的細微特征和尺寸變化。操作界面人性化，配備自動功能，大大降低了操作難度，即使經(jīng)驗不足的研究人員也能快速上手，高效完成分析任務(wù)。設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，長時間連續(xù)工作仍能確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性。憑借這些優(yōu)勢，SEM3200 為 GaN HEMT 器件制造企業(yè)、科研機構(gòu)提供了有力的技術(shù)支撐，助力優(yōu)化制造工藝、提升器件性能，推動功率電子與微波射頻產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步與發(fā)展。