美国密歇根大学和加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）一直在研究二氧化铪（HfO₂）作为高功率和高频氮极氮化铝镓（AlGaN）晶体管栅极电介质的潜力。

　　AlGaN异质结构的N极取向是有优势的，可以提供自然的反向势垒来防止电流泄漏到衬底中，并将载流子限制在二维电子气（2DEG）通道。在高达94GHz的极高微波频率下，N极高电子迁移率晶体管（HEMT）比Ga极器件具有更高的功率附加效率（PAE）性能，这样的频率适用于雷达应用中。

　　为了进一步实现高频和大功率操作，需要使用具有高介电常数（k）材料绝缘（HfO₂）的金属氧化物半导体（MOS）栅极，以支持具有良好静电控制的缩短栅极长度，同时避免短沟道效应。

　　通过金属有机化学气相沉积，在错割的蓝宝石上生长了N极AlGaN MOS电容器（MOSCAP）结构。研究人员表示在这些异质结构中通常使用渐变的Si掺杂AlGaN背势垒来抑制由净负极化电荷的界面处的空穴陷阱引起的电流色散。

　　研究样品的变化涉及上层，2nm Al_0.08 Ga_0.92N层以减少栅极泄漏。氮化硅（SiNx）电介质在MOCVD室中原位生长，在制造过程中充当保护层。在电子束蒸发和820欧姆的欧姆钛/铝/镍/金触点退火后，沉积了HfO₂，再将HfO2应用于毯式250°C等离子增强原子层沉积（PEALD）工艺。

　　研究发现在低于800kHz的频率下，电容-电压（C-V）表现并不理想，这是由于慢空穴陷阱造成的。阈值也移动了约8V，表明电介质中存在负固定电荷。在400°C的氩气中退火可使低频C-V行为更接近理想状态。退火还将高频1MHz磁滞从~3V降低到~1.1V。

　　使用不同的层厚提取退火的HfO₂的介电常数，接近该材料在其他报道中提及的值。还发现，改变HfO₂的厚度会影响2DEG的载流子密度，2DEG的载流子密度将在场效应晶体管中形成沟道。随着电介质变厚，载流子密度降低，减少归因于电介质中的负电荷。

　　研究了一些具有SiNx保护的样品，并分别采用湿法蚀刻和等离子蚀刻去除了AlGaN顶部势垒。使用紫外线臭氧处理以及氢氟酸最终蚀刻，可以修复因感应耦合氯等离子体蚀刻而产生的表面损坏。

　　研究人员发现去除AlGaN盖对于实现夹断是必要的，这些MOSCAP的夹断电压要低得多，这是由于较高的栅极电容，由于栅极与沟道之间的距离较小以及较薄的GaN沟道共同导致沟道中较低的2DEG密度共同导致的。

　　C-V测量得出的载流子密度的计算值为4.9x1012/cm²。

　　在AlGaN盖上沉积HfO₂的问题可能是由于HfO2中的氧与AlGaN中的铝发生化学反应而在界面处形成劣质Al₂O₃。