利用高波数分辨率的显微喇曼光谱法测定AlGaN/GaN HEMT的沟道温度

本文利用高波数分辨率的显微喇曼方法测量了AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的沟道温度。利用显微喇曼系统JYT-64000测量了GaN材料E2模的喇曼声子频率的温度特性。通过洛仑兹拟合方法,喇曼声子频率的实际测量不确定度为?0.035cm-1, 对应于GaN材料温度精度为?3.2℃,为国际所见报道的最高水平。测得的AlGaN/GaN HEMT样品的沟道-管壳热阻为22.8℃/W,与三维热传导模型的仿真结果吻合良好。给出了由显微喇曼方法、脉冲电学法及红外热像法测量出的沟道温度差别的定量分析。     

复合沟道氟离子增强型AlGaN/GaN HEMT的研究

提出一种复合沟道氟离子(F-)增强型AlGaN/GaN HEMT(Hybrid-channel enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT,HCE-HEMT)新结构。该结构引入高、低浓度F-复合沟道,其中高浓度F-注入区位于沟道靠近源漏两端以调制阈值电压,获得增强型器件;低浓度F-区位于沟道中部以调制肖特基栅电极的正向开启电压,增加器件承受的栅电压摆幅,但它对其下方二维电子气的耗尽作用很弱。同时,高浓度区只占栅长的40%,减轻高浓度F-对沟道的影响,提升器件的电流能力。利用Sentaurus软件仿真,结果显示,与传统F-增强型AlGaN/GaN HEMT相比,HCE-HEMT载流能力提高了40.3%,比导通电阻下降了23.3%,同时反向耐压仅下降了5.3%。     

GaAs MESFET沟道温度电学法测量的理论分析

1 引言 随着功率GaAs MESFET广泛的应用,它的热可靠性越来越引起人们的极大关注。用器件本身电学参数随温度的变化测量器件的沟道温度—电学法测试,能够非破坏性地快速测量封装后的成品管的沟道温度和热阻。并由此对GaAs MESFET进行考核和筛选,是当今快速筛选和考核的重要方法。 电学法测量出的温度普遍认为是器件有源区上的平均温度,但是这种温度与其器件芯片中的各种温度如最高温度、统计平均温度及芯片表面温度分布的关系如何,还未有过详细的研究。本文将对电学法测得的温度通过建立热模型进行模拟,找出电学平均温度的物理意义以及与其芯片中的各种温度的     

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.     

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基HEMTs器件热测试技术与应用进展

本文简述了半导体器件的温度测量方法,重点介绍了适用于氮化镓(Ga N)基高电子迁移率晶体管(HEMTs)器件的四种热测试技术及其在Ga N基HEMTs器件的应用情况。分析表明四种方法具有其各自的优劣之处:电学法虽然只能得到结区平均温度,但能对器件进行直接测量而无需破坏封装;红外法虽然空间分辨率较低,但能简便得到器件温度分布图和进行器件的静态、动态测量;拉曼散射技术具有约1μm的高空间分辨率的优点,但需要逐点扫描、测量耗时长,适合于局部小范围的温度测量;热反射法具有亚微米量级的高空间分辨率,能简便得到器件温度分布图,十分适合用于Ga N基HEMTs器件的热测试中。最后指出先进的热反射法很可能成为Ga N基HEMTs器件热特性研究的发展方向。     

GaN HEMT微波功率管直流和射频加速寿命试验

分别选用南京电子器件研究所研制的1.25mm栅宽GaN HEMT和12mm栅宽GaN功率管,对小栅宽器件进行三温直流加速寿命试验,评估其直流工作可靠性,试验结果表明该器件在125℃沟道温度条件下工作的失效率为1.86×10-9/h;对大栅宽器件进行脉冲射频加速寿命试验,评估其射频工作可靠性,试验结果表明该器件在125℃沟道温度条件下工作的失效率小于1.02×10-7/h。     

MOSFET中大幅度随机电报信号噪声的动力学特性

对 MOSFET器件的随机电报信号噪声 ( RTS)的特征进行了研究。室温下在极细沟道样品中观测到了大幅度 (大于 60 % )的 RTS,通过测量 RTS的俘获时间和发射时间与栅压和温度的依赖关系 ,获得了氧化层陷阱的位置与能级 ,证实了氧化层陷阱的热激活模型在细沟道 n MOSFET中仍然成立。同时发现当器件工作在弱反型区时 ,RTS幅度基本与栅压无关。对 RTS的动力学机制的分析及数值模拟表明 ,当沟道宽度减小至 4 0 nm以下时 ,由荷电陷阱对沟道载流子散射而产生的迁移率涨落对 RTS的幅度的影响起主导作用。     

GaAs场效应微波功率器件稳态热场分析的等效结构模型

提出了用于计算ＧａＡｓ场效应微波功率器件峰值沟道温度的等效结构模型．其中底座与芯片等截面的等效厚度处理和多胞单胞化处理，使计算工作量下降约二个数量级．计算的峰值沟道温度与修正（包括了胞内热场分布影响、胞间热场分布影响和瞬态冷却过程影响）后的电学法测量值的差别约为３℃．文中还用此模型模拟了若干工艺参数对峰值沟道温度的影响     

GaN HEMT器件热特性的电学测试法

基于JEDEC颁布的结到壳热阻瞬态热测试界面法,对测试GaN HEMT器件热特性的电学法进行了研究.通过合理的测试电路设计,有效解决了GaN HEMT器件电学法测试中的栅极保护问题和自激问题,实现了GaN HEMT器件的界面热阻测量.根据测得的热阻-热容结构函数曲线可知,GaN HEMT器件结到壳热阻主要由金锡焊接工艺和管壳热特性决定.结合结构函数分析,对金锡焊接部分热阻和管壳热阻进行排序可剔除有工艺缺陷的器件.与红外热成像法的结温测试结果进行对比分析,证实了电学法测试结果的准确性.     

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的可靠性

利用正向肖特基结结电压与温度的线性关系,对AlGaN/GaN HEMT器件有源区瞬态温升进行了测量,其热阻为19.6℃/W。比较了不同测温方法和外界环境对器件沟道温升的影响。并研究了栅极施加反向直流阶梯应力对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响,结果表明器件在应力作用下电学参数退化,大信号寄生源/漏极电阻RS/RD和栅源正向I-V特性在击穿后能得到恢复。AlGaN势垒层陷阱俘获电子和电子填充栅极表面态是器件参数退化的原因,表面态恢复是器件参数恢复的主要原因。     

用于SiC和蓝宝石衬底的AlGaN/GaN HEMT热解析模型

研究了温度的升高对低场迁移率及阈值电压的影响,建立了模拟AlGaN/GaN HEMT直流I-V特性的热解析模型。模型考虑了极化、材料热导率、电子迁移率、薄层载流子浓度、饱和电子漂移速度及导带断续的影响。模拟结果表明,低场迁移率随温度的升高而下降,阈值电压随温度的升高略有增加,但变化很小,而沟道温度随漏压的增加上升很快,并最终导致输出漏电流的下降。最后将模拟结果与实验值进行对比,符合较好,证明了该模型的正确性,并可以应用于SiC和蓝宝石两种不同衬底AlGaN/GaN HEMT器件的模拟。     

InP-HEMT中复合沟道的设计与生长

设计并生长了带有复合沟道的InP基HEMT材料,该材料具有较高的二维电子气浓度和迁移率。在使用In_xGa_(1-x)As/In_(0.53)Ga_(0.47)As复合沟道时,当In组分等于0.7时得到较好的沟道输运性能;在使用InAs复合沟道时,得到了二维电子气浓度为2.3×10~(12)/cm~2、室温迁移率高达13600 cm~2/V·s的性能优良的HEMT材料。     

自热和陷阱对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管漏极瞬态响应的影响

本文利用二维数值仿真研究了自热和陷阱对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管漏极瞬态响应的影响。分析了脉冲作用下漏极电流的变化;结果表明温度是漏极电流滞后的主要原因。漏极电流达到稳态的时间决定于热时间常数,这里为80微秒。详细讨论了脉冲作用下沟道电子密度和陷阱捕获电子数目的变化情况。结果表明当电场发生突变时,缓冲层受主陷阱是漏极电流崩塌的主要原因。并且沟道电子密度随沟道温度上升而增大。     

NMOS低温热载流子晶体管的解析研究

利用低温(77-295K)短沟NMOSFET准二维解析模型,研究了77-295K温区NMOSFET衬底电流相关的物理机制。发现沟道电子平均自由程不随温度而改变,其值约为7.6nm;低温下虽然沟道电子在漏端获得较高的能量,但由于碰撞电离减弱,使NMOSFET的衬底电流不随温度降低而显著增长。实验结果证明,提出的衬底电流机制和模型适用于77-295K宽温区范围。     

基于表面势的HEMT模型分析

将表面势的概念引入GaAs高电子迁移率晶体管器件结构,以建立可精确描述HEMT器件输入/出特性的新模型。通过分析最基本的HEMT结构,参考Si基MOSFET中Pao-sah模型的分析方法,对沟道电荷利用泊松方程表述,并结合能带电压关系,建立HEMT器件中表面势(Φ_s)对于栅压(V_(GS))的关系。基于上述分析计算了沟道中电子的饱和点。根据推导所得方程,模型计算得到的某具体器件沟道面电荷密度(n_s)-栅压(V_(GS))关系曲线和基于T-CAD工具仿真结果在线性区得到很好的吻合。     

场板结构对AlGaN/GaN HEMT温度场的影响北大核心CSCD

用Silvaco的ATLAS软件仿真研究了场板结构对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的温度场分布的影响,分析了场板结构影响器件温度场分布的可能因素。模拟结果表明,加入场板结构后,器件沟道二维电子气浓度减小,电场分布发生变化,器件栅极漏侧边缘处的沟道峰值温度降低。加入栅场板和源场板结构后,场板边缘处都有一个新的温度峰值出现,器件的沟道温度峰值在加入单层和双层栅场板及源场板后由511K分别下降到487、468和484K,这种降低作用会随着栅场板层数的增加而有所增强。仿真结果说明场板结构通过改变AlGaN/GaN HEMT器件沟道载流子浓度和电场分布,影响器件内部的温度场分布。优化器件的场板结构是提高AlGaN/GaN HEMT的可靠性有效途径之一。     

AlGaN/GaN HEMT栅阶跃脉冲响应实验研究

通过对AlGaN/GaN HEMT漏极电流栅阶跃脉冲响应实验测试,发现栅脉冲相同时,HEMT开启时间在线性区随VDS增加而增加,而在饱和区随VDS增加而减小;在VDS一定时,器件开启时间随栅脉冲低电平的降低而增加。基于表面态电子释放过程与ID、VDS和阶跃脉冲之间关系的分析,提出了用快电子与慢电子释放两种过程来解释表面态电子弛豫,并建立漏极电流响应过程拟合算式。拟合得到与快、慢电子释放相关的时间常数分别为τ1=0.23s、τ2=1.38s,且拟合曲线与实验结果的最大误差不超过测试值的3%。该研究结果有助于电流崩塌机理的进一步探索。     

极细沟道NMOSFET中的大幅度随机电报信号噪声

研究了极细沟道NMOSFET器件的随机电报信号噪声(RTS)的特征.首次在室温下观测到了大幅度(大于60%)的RTS,发现当器件工作在弱反型区时,RTS幅度基本与温度和栅压无关.对RTS的动力学机制的分析及数值模拟表明,载流子数涨落与迁移率涨落引起的RTS的幅度随着沟道宽度的减小而增加,当沟道宽度减小至40nm以下时,由荷电陷阱对沟道载流子散射而产生的迁移率涨落对细沟道中RTS幅度的影响起主导作用.     

极细沟道NMOSFET中的大幅度随机电报信号噪声

研究了极细沟道NMOSFET器件的随机电报信号噪声(RTS)的特征.首次在室温下观测到了大幅度(大于60%)的RTS,发现当器件工作在弱反型区时,RTS幅度基本与温度和栅压无关.对RTS的动力学机制的分析及数值模拟表明,载流子数涨落与迁移率涨落引起的RTS的幅度随着沟道宽度的减小而增加,当沟道宽度减小至40nm以下时,由荷电陷阱对沟道载流子散射而产生的迁移率涨落对细沟道中RTS幅度的影响起主导作用.