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.     

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.     

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.     

应力条件下AIGaN／GaN HEMT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。实验结果表叫，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人，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＋σVGS与σ（VGS-VT）（2-β）。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。此结论可提用于AlGaN／GaNHEMT器件电流崩塌效应进一步的理论探索和器件研究。     

AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究进展

简要回顾了 Al Ga N/Ga N HEMT器件电流崩塌效应研究的进展 ,着重阐述了虚栅模型、应力模型等几种解释电流崩塌效应形成机理的模型和器件钝化、生长盖帽层等减小电流崩塌效应的措施。     

栅脉冲下AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究

源于AlGaN/GaNHEMT器件的大量测试分析发现,栅脉冲条件下漏极电流比直流情况下减小了47%;随着信号频率的改变,漏极电流按μnCoxW[α (0.13 0.64f)VGS (0.13 0.32 f)VGS2](VGS-Vth)2/L的规律变化;脉冲信号宽度对漏电流崩塌影响较小.基于实验结果的理论分析认为,电子从栅极注入到栅漏之间并被表面态所俘获,在沟道中形成增加的耗尽层,使得沟道二维电子气浓度减小,从而导致形成电流崩塌效应的主要原因之一.该结论有助于AlGaN HEMT器件脉冲条件下电流崩塌效应理论解释和器件应用.     

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%。     

GaN基HEMT电流崩塌现象相关的表面陷阱效应

采用脉冲测试方法研究了与GaN基HEMT电流崩塌相关的表面陷阱效应。对特制的无台面器件进行的实验证实了表面陷阱之间存在输运过程。数据表明,当栅应力持续时间足够长时,被充电的表面陷阱会达到某种稳态。该稳态是包含了陷阱俘获与释放过程的动态平衡态。     

AlN插入层与AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应的关系

比较有无AlN插入层AlGaN/GaN HEMTs在直流偏置应力条件下的电流崩塌程度,研究AlN插入层对电流崩塌的影响.从测试结果看,无AlN插入层的AlGaN/GaN HEMTs有更显著的电流崩塌程度,表明AlN插入层对电流崩塌效应有显著的抑制作用.模拟的AlGaN/GaN能带结构表明,AlN插入层能显著提高AlGaN导带底能级,增加异质结的带隙差.带隙差的增加有利于减小电子遂穿几率,加强沟道二维电子气的量子限制,从而抑制电流崩塌效应.     

应力对GaN HEMT器件电流崩塌的影响

电流崩塌是目前GaN HEMT微波功率器件中最严重的问题之一,国内外都有研究,但尚无统一结论。通过实验,研究了GaN HEMT器件电流崩塌现象。研究表明,不同电应力条件下,导致漏电流崩塌和最大跨导下降的物理机制不同,在大电场应力下,主要物理机制是栅隧穿电子填充表面态;而在热电子应力下,是沟道热电子填充界面态。     

Current Collapse and High-Electric-Field Reliability of Unpassivated GaN/AlGaN/GaN HEMTs

Long-term ON-state and OFF-state high-electric-field stress results are presented for unpassivated GaN/AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors on SiC substrates. Because of the thin GaN cap layer, devices show minimal current-collapse effects prior to high-electric-field stress, despite the fact that they are not passivated. This comes at the price of a relatively high gate-leakage current. Under the assumption that donor-like electron traps are present within the GaN cap, two-dimensional numerical device simulations provide an explanation for the influence of the GaN cap layer on current collapse and for the correlation between the latter and the gate-leakage current. Both ON-state and OFF-state stresses produce simultaneous current-collapse increase and gate-leakage-current decrease, which can be interpreted to be the result of gate-drain surface degradation and reduced gate electron injection. This study shows that although the thin GaN cap layer is effective in suppressing surface-related dispersion effects in virgin devices, it does not, per se, protect the device from high-electric-field degradation, and it should, to this aim, be adopted in conjunction with other technological solutions like surface passivation, prepassivation surface treatments, and/or field-plate gate     

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.     

表面态对GaN HEMT电流崩塌效应影响的研究

针对GaN HEMT电流崩塌物理效应,测试了各种条件下器件I-V特性。发现在栅脉冲条件下器件最大漏输出电流减小了23.8%,且随着栅脉冲宽度减小或周期增大而下降,并且获得了其输出电流与脉冲宽度W和周期T的定量关系;在漏脉冲测试条件下,器件输出电流有所增大,并随着脉冲宽度减小而缓慢增大。实验结果,可用器件栅漏之间表面态充放电的原理来解释所观察到的测试现象和电流崩塌物理。