美國密歇根大學和加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校（UCSB）一直在研究二氧化鉿（HfO₂）作為高功率和高頻氮極氮化鋁鎵（AlGaN）晶體管柵極電介質的潛力。

　　AlGaN異質結構的N極取向是有優勢的，可以提供自然的反向勢壘來防止電流泄漏到襯底中，并將載流子限制在二維電子氣（2DEG）通道。在高達94GHz的極高微波頻率下，N極高電子遷移率晶體管（HEMT）比Ga極器件具有更高的功率附加效率（PAE）性能，這樣的頻率適用于雷達應用中。

　　為了進一步實現高頻和大功率操作，需要使用具有高介電常數（k）材料絕緣（HfO₂）的金屬氧化物半導體（MOS）柵極，以支持具有良好靜電控制的縮短柵極長度，同時避免短溝道效應。

　　通過金屬有機化學氣相沉積，在錯割的藍寶石上生長了N極AlGaN MOS電容器（MOSCAP）結構。研究人員表示在這些異質結構中通常使用漸變的Si摻雜AlGaN背勢壘來抑制由凈負極化電荷的界面處的空穴陷阱引起的電流色散。

　　研究樣品的變化涉及上層，2nm Al_0.08 Ga_0.92N層以減少柵極泄漏。氮化硅（SiNx）電介質在MOCVD室中原位生長，在制造過程中充當保護層。在電子束蒸發和820歐姆的歐姆鈦/鋁/鎳/金觸點退火后，沉積了HfO₂，再將HfO2應用于毯式250°C等離子增強原子層沉積（PEALD）工藝。

　　研究發現在低于800kHz的頻率下，電容-電壓（C-V）表現并不理想，這是由于慢空穴陷阱造成的。閾值也移動了約8V，表明電介質中存在負固定電荷。在400°C的氬氣中退火可使低頻C-V行為更接近理想狀態。退火還將高頻1MHz磁滯從~3V降低到~1.1V。

　　使用不同的層厚提取退火的HfO₂的介電常數，接近該材料在其他報道中提及的值。還發現，改變HfO₂的厚度會影響2DEG的載流子密度，2DEG的載流子密度將在場效應晶體管中形成溝道。隨著電介質變厚，載流子密度降低，減少歸因于電介質中的負電荷。

　　研究了一些具有SiNx保護的樣品，并分別采用濕法蝕刻和等離子蝕刻去除了AlGaN頂部勢壘。使用紫外線臭氧處理以及氫氟酸最終蝕刻，可以修復因感應耦合氯等離子體蝕刻而產生的表面損壞。

　　研究人員發現去除AlGaN蓋對于實現夾斷是必要的，這些MOSCAP的夾斷電壓要低得多，這是由于較高的柵極電容，由于柵極與溝道之間的距離較小以及較薄的GaN溝道共同導致溝道中較低的2DEG密度共同導致的。

　　C-V測量得出的載流子密度的計算值為4.9x1012/cm²。

　　在AlGaN蓋上沉積HfO₂的問題可能是由于HfO2中的氧與AlGaN中的鋁發生化學反應而在界面處形成劣質Al₂O₃。