直流大电压下 GaN HEMT电流崩塌效应探索

基于GaN HEMT器件物理和实验分析测试结果,提出了一种GaN电流崩塌效应的新物理模型.研究表明,在大漏极电压条件下,沟道电子易于注入到GaN缓冲层中,并被缓冲层中的陷阱所俘获,耗尽二维电子气,从而导致电流崩塌效应.该模型描述了电流崩塌效应与缓冲层中陷阱的相互关系,并获得了电流崩塌前后迁移率与二维电子气浓度乘积的归一化值.该结果可望用于GaN HEMT器件进一步的理论探讨和实验研究.     

直流大电压下GaN HEMT电流崩塌效应探索

基于GaN HEMT器件物理和实验分析测试结果，提出了一种GaN电流崩塌效应的新物理模型. 研究表明，在大漏极电压条件下，沟道电子易于注入到GaN缓冲层中，并被缓冲层中的陷阱所俘获，耗尽二维电子气，从而导致电流崩塌效应. 该模型描述了电流崩塌效应与缓冲层中陷阱的相互关系，并获得了电流崩塌前后迁移率与二维电子气浓度乘积的归一化值. 该结果可望用于GaN HEMT器件进一步的理论探讨和实验研究.     

GaN基HEMT器件的表面陷阱充电效应研究

设计了一种实验方法用以研究AlGaN/GaN外延表面陷阱充电效应对于薄膜电阻的影响,该效应与GaN基HEMT电流崩塌现象直接相关.测量获得了AlGaN/GaN异质结结构薄膜电阻在周期栅脉冲信号下的变化规律.薄膜电阻在低频区域对脉冲频率十分敏感,而在高频时出现饱和.当信号频率足够高时(≥4kHz),AlGaN/GaN薄膜将呈现高阻,器件关断,说明二维电子气已被表面陷阱电荷耗尽.该实验为研究表面陷阱与电流崩塌效应的关系提供了新的证据.     

应力条件下AlGaN/GaNHEMT电流崩塌效应研究

采用应力测试方法,获得了AlGaN/GaN HEMT漏极电流随时间的变化关系.实验结果表明,应力导致漏极电流崩塌56.2%;不同电压应力条件下,只要所加时间足够长和电压足够大,相同栅压的电流崩塌程度都近似相等;漏极电流恢复时间与大小分别为34.5 αVGS与α(VGS-VT)(2-βt).研究表明,栅-漏间表面态捕获的电子使得表面电势发生变化,引起沟道中二维电子气浓度降低,从而导致电流崩塌效应的产生.此结论可望用于AlGaN/GaN HEMT器件电流崩塌效应进一步的理论探索和器件研究.     

GaN HEMT器件的电流崩塌效应分析

研究了氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)的温度特性,分析了自热效应造成GaN HEMT的电流崩塌现象。提出了一种图形化衬底技术来降低器件温度。在缓冲层与衬底界面设置与缓冲层同材料的梯形微阱,在势垒层与钝化层界面设置无掺杂和低Al组分的AlGaN矩形微阱。结果表明,与无微阱结构器件相比,新型有微阱结构器件的温度峰值降低了18.148 K,电流崩塌效应改善比值达20.64%。     

AlGaN/GaN HFET的2DEG和电流崩塌研究(Ⅰ)

从不同的视角回顾和研究了A1GaN/GaN HFET的二维电子气(2DEG)和电流崩塌问题.阐述了非掺杂的AIGaN/GaN异质结界面存在2DEG的原动力是极化效应,电子来源是AlGaN上的施主表面态.2DEG浓度与AlGaN/GaN界面导带不连续性、AlGaN层厚和Al组分有密切关系.揭示了AlGaN/GaN HFET的2DEG电荷涨落受控于表面、界面和缓冲层中的各种缺陷及外加应力,表面空穴陷阱形成的虚栅对输入信号有旁路和延迟作用,它们导致高频及微波状态下的电流崩塌.指出由于构成电流崩塌因素的复杂性,各种不同的抑制电流崩塌方法都存在不足,因此实现该器件大功率密度和高可靠性还有很长的路要走.     

脉冲条件下GaN HEMT电流崩塌效应研究

基于GaN HEMT器件实验测试结果,提出了一种GaN电流崩塌效应产生的新观点.大量测试分析发现,脉冲条件下,漏极电流比直流时减小大约50%;脉冲信号频率对电流崩塌效应影响较小;当栅压较小时,随着脉冲宽度的改变,漏脉冲电流按I0 (0.89 γ T/16)的规律变化.分析认为,电子从栅极注入到栅漏之间,并被表面态捕获,在沟道中形成增加的耗尽层,使得沟道电流减小,从而导致电流崩塌效应.该结论可望用于GaN HEMT器件在脉冲条件下电流崩塌效应进一步的理论探讨和实验研究.     

基于AlN和GaN形核层的AlGaN/GaN HEMT外延材料和器件对比

使用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上分别采用AlN和GaN作为形核层生长了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料,并进行了器件制备和性能分析.通过原子力显微镜(AFM)、高分辨率X射线双晶衍射仪(HR-XRD)和二次离子质谱仪(SIMS)等仪器对两种样品进行了对比分析,结果表明采用AlN形核层的GaN外延材料具有更低的位错密度,且缓冲层中氧元素的拖尾现象得到有效地抑制.器件直流特性显示,与基于GaN形核层的器件相比,基于AlN形核层的器件泄漏电流低3个数量级.脉冲Ⅰ-Ⅴ测试发现基于GaN形核层的HEMT器件受缓冲层陷阱影响较大,而基于AlN形核层的HEMT器件缓冲层陷阱作用不明显.     

GaN基HEMT器件的表面陷阱电荷输运过程实验研究

基于特制的无台面AlGaN/GaN HEMT,设计了一种实验方法,用以研究AlGaN/GaN外延表面陷阱态间的电荷输运过程。经实验证实,在器件电流崩塌效应中,存在表面陷阱电荷输运,并确定了相关时间常数。针对应力后电流崩塌驰豫过程,实验监测到小于0.1 s和大于10 s两类时间常数,其中较大的常数对应于表面陷阱电荷的输运过程。此结论可望用于对AlGaN/GaNHEMT电流崩塌效应进一步的理论探索和相关的器件研究。     

掺杂AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究

对不同掺杂浓度AlGaN/GaN HEMTs施加直流偏置应力,研究掺杂AlGaN/GaN HEMTs电流崩塌效应.实验表明,掺杂AlGaN势垒层对器件电流崩塌效应有明显的抑制作用,随着掺杂浓度增加,掺杂对电流崩塌效应的抑制作用越显著.这是因为对于掺杂AlGaN/GaN HEMT,表面态俘获电子将耗尽掺杂AlGaN层,从而能对2DEG起屏蔽作用.AlGaN体内杂质电离后留下正电荷也能进一步屏蔽表面态对沟道2DEG的影响.