氮化鎵/硅功率電子元件晶圓溫度的精確測量

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氮化鎵/硅功率電子元件晶圓溫度的精確測量

硅基氮化鎵（GaN/Si）元件的制作工藝中，金屬氧化物化學(xué)汽相沉積（MOCVD）過程的溫度測量難度較高。理論上，傳統(tǒng)紅外線高溫計(jì)可以滿足要求，硅基可以吸收整個(gè)沉積生長相關(guān)溫度范圍內(nèi)的全部紅外線。然而在工業(yè)應(yīng)用中，反饋控制和統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）精度都會受到一種人為因素的影響。

來自馬格德堡（Otto-von-Guericke University of Magdeburg）的研究團(tuán)隊(duì)此前一直在尋求解決方案。研究發(fā)現(xiàn)，無論紅外線高溫計(jì)的性能多么強(qiáng)大，振蕩總會產(chǎn)生。原因在于兩種現(xiàn)象復(fù)雜的相互作用：一方面，紅外透明氮化鎵/氮化鋁鎵應(yīng)力層與缺陷緩沖層疊；另一方面硅基晶圓發(fā)出的熱紅外輻射穿過沉淀生長結(jié)構(gòu)。為此，他們采用了一種波長在Si/Al- GaN/GaN/LT-AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)復(fù)合緩沖層不可見范圍的高溫計(jì)。這種LayTex’s UV Pyro 400高溫計(jì)于多年前開發(fā)，用于LED工業(yè)藍(lán)寶石生長氮化鎵。

在氮化鎵生長過程中，UV高溫計(jì)給出的晶圓溫度信號非常穩(wěn)定且無振蕩。氮化鎵/氮化鎵晶圓對比測試顯示，紅外線高溫計(jì)和Pyro 400校準(zhǔn)良好，在理想平整光滑氮化鎵/氮化鎵晶圓表面測得的溫度都是相同的。UV高溫計(jì)顯示，硅基氮化鎵樣品晶圓的真實(shí)氮化鎵層表面溫度比基本平坦的氮化鎵/氮化鎵晶圓要低～5 K，這是因?yàn)镋piCurveTT測量的硅樣品有～100 km-1的翹曲。

另外，紅外線高溫計(jì)的剩余振蕩信號并非影響最大的人為因素。硅基氮化鎵緩沖層內(nèi)部的紅外線熱輻射會導(dǎo)致溫度信號額外下降約15(!)K，原因在于硅基熱紅外輻射穿過有嚴(yán)重缺陷的硅基氮化鎵界面時(shí)會出現(xiàn)強(qiáng)度損失。氮化鎵層的Fabry-Perot共振所造成的內(nèi)部雜散光損失，也會導(dǎo)致紅外溫度信號震蕩。

有關(guān)溫度震蕩根本原因分析的論文將于今年發(fā)表。

（翻譯：李星悅，審校：張禮懌，趙博）

來源：http://www.compoundsemiconductor.net/article/98840-accurate-wafer-temperature-for-gansi-power-electronics.html