导致 AlGaN/GaN HEMT电学性能失效的内外因素

本文研究了不同偏置条件对AlGaN/GaN HEMT电学性能的影响。电场被认为是导致AlGaN/GaN HEMT器件电学性能退化的外因,陷阱则是内因。AlGaN/GaN HEMT器件的退化有两部分组成：可恢复退化与不可恢复退化。AlGaN/GaN HEMT器件中原本存在的陷阱与新产生的陷阱导致可恢复退化。     

AlGaN/GaN HEMT的恒压电应力退化研究

研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在不同持续恒压电应力条件下的退化机制,制作了一种AlGaN/GaN HEMT。对该器件分别采用恒压开态应力和恒压关态应力,研究了与直流特性相关的重要参数的陷阱产生规律。实验结果表明,在开态应力下,由于存在热载流子效应,发生了阈值电压正漂现象,峰值跨导降低;在关态应力下,由于存在逆压电效应,发生了阈值电压负向漂移现象。     

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.     

AlN阻挡层对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN异质结和AlGaN/AlN/GaN异质结二维电子气材料,采用相同器件工艺制造出了AlGaN/GaN HEMT器件和AlGaN/AlN/GaN HEMT器件.通过对两种不同器件的比较和讨论,研究了AlN阻挡层的增加对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响.     

AlN阻挡层对AlGaN/GaNHEMT器件的影响

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN异质结和AlGaN/AlN/GaN异质结二维电子气材料,采用相同器件工艺制造出了AlGaN/GaN HEMT器件和AlGaN/AlN/GaN HEMT器件.通过对两种不同器件的比较和讨论,研究了AlN阻挡层的增加对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响.     

标准氟离子注入实现增强型GaN基功率器件

介绍了一种直接利用离子注入机对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的栅下进行氟(F)离子注入的方法,成功实现了增强型HEMT器件,阈值电压从耗尽型器件的-2.6V移动到增强型器件的+1.9V.研究了注入剂量对器件性能的影响,研究发现随着注入剂量的不断增加,阈值电压不断地正向移动,但由于存在高能F离子的注入损伤,器件的正向栅极漏电随着注入剂量的增加而不断上升,阈值电压正向移动也趋于饱和.因此,提出采用在AlGaN/GaN异质结表面沉积栅介质充当能量吸收层,降低离子注入过程中的损伤,成功实现了阈值电压为+3.3 V,饱和电流密度约为200 mA/mm,同时具有一个较高的开关比109的增强型金属-绝缘层-半导体HEMT (MIS-HEMT)器件.     

动态应力对AlGaN/GaN HEMT性能的影响

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件在实际应用过程中经常受到由于振动、热胀冷缩等原因引起的动态应力.为了研究动态应力对器件性能带来的影响,利用自主设计的应力机械装置对AlGaN/GaN HEMT芯片持续施加峰值大小为150 MPa,频率为3 Hz的交变应力.施加应力过程中,每隔一定的应力周期对器件进行电学特性测量,得到了不同应力周期下的输出特性曲线和转移特性曲线.研究分析了随着应力周期的增加输出电流和跨导的变化,研究结果表明,器件的输出电流和跨导随着施加动态应力周期的增加而减小.随着动态应力的加载,器件将产生缺陷,是器件发生退化的原因.     

干法刻蚀和氢等离子体处理制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT特性

增强型p-GaN栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅与源漏之间的沟道特性对器件性能具有重要的影响.在同一晶圆衬底上,采用干法刻蚀和氢等离子体处理栅与源、漏之间的p-GaN,制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT.对器件静态、动态特性和栅极漏电特性进行研究,采用两种方法制备的器件均具有较高的击穿电压(＞850 V@10 μA/mm).通过氢等离子体处理制备的器件的方块电阻较大,导致输出电流密度较低,在动态特性和栅极漏电方面具有明显的优势,氢等离子体处理技术提高了界面态的缺陷激活能,从而实现了较低的栅极反向漏电.     

60Co-γ射线辐射对AlGaN/GaN HEMT器件直流特性的影响

采用1.25Mev 60Co γ射线辐射源对钝化前后的AlGaN/GaN HEMT器件进行了1Mrad(Si)的总剂量辐射,实验发现：1Mrad总剂量辐射后未钝化器件的饱和漏电流和最大跨导分别下降了15%和9.1%,而且正向和反向栅电流明显增加,但是阈值电压几乎没有发生变化。相反的,同样的累积剂量下,钝化器件的饱和漏电流和最大跨导却基本没变。通过对钝化前后器件的不同辐射反应以及C-V测试的分析表明,栅-源和栅-漏间隔区辐射感生表面态负电荷的产生是低剂量下AlGaN/GaN HEMT器件电特性退化的主要原因,同时也说明钝化可以有效地抑制60Co γ辐射感生表面态电荷,它是一种有效的加固手段。     

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.     

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。     

UV/Ozone 表面处理对AlGaN/GaN HEMTs 性能的影响

工艺过程中对晶圆表面处理对制作出高性能的AlGaN/GaN HEMT起到至关重要的作用,洁净的表面能够有效提高器件性能以及器件可靠性。本文发现通过UV/Ozone表面处理,AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触以及肖特基接触的电学特性均发生明显变化,根据实验中现象以及相关实验数据,并且采用X射线光电子能谱对实验样品进行表面分析测试,着重阐述了UV/Ozone处理对晶圆表面的作用,以及其影响AlGaN/GaN HEMT器件欧姆接触特性以及肖特基接触特性的原因。     

GaN HEMT器件中子辐照效应实验研究

建立了GaN HEMT器件(氮化镓高电子迁移率晶体管)中子原位测试技术和辐照效应实验方法,开展了GaN HEMT器件脉冲反应堆中子辐照效应实验研究,重点研究了电离辐射和位移损伤对器件性能退化的影响,获取了GaN HEMT中子位移损伤效应敏感参数和效应规律.结果表明,阈值电压、栅极泄漏电流以及漏极电流是中子辐照损伤的敏感...     

AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管在施加阶梯电压应力之后的参数和特性自变化机制

研究了在AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的栅极施加阶梯电压应力之后器件参数和特性的自变化现象。在去除应力之后每5分钟测量一次器件。大信号寄生源（漏）电阻、转移特性、阈值电压、漏源电流、栅-源（漏）反向电流-电压特性在去除应力后发生自发变化。自变化的时间常数大约为25-27分钟。在该过程里,栅-源（漏）电容-电压特性保持稳定。当器件被施加应力时,电子被表面态和AlGaN势垒层陷阱捕获。AlGaN势垒层陷阱所捕获的电子在10秒内释放了出去。表面态释放电子持续发生在整个测量过程中,导致了测量结果的自变化现象。     

氧等离子体处理对薄势垒增强型AlGaN/GaN HEMT的影响

提出了一种利用薄势垒结构制造增强型AlGaN/GaN HEMT的方法。研究了SiN钝化对薄势垒AlGaN/GaN异质结的影响,并利用其控制沟道中的二维电子气密度。具有10nm SiN介质插入层欧姆接触在800℃下退火可以得到较好的接触性能。栅极区域中的SiN被刻蚀,以耗尽下面的二维电子气,从而使薄势垒AlGaN/GaN HEMT实现增强特性,其阈值电压为50 mV。对介质刻蚀后暴露的AlGaN表面进行氧等离子体处理,与未经处理的器件作对比,发现阈值电压提升到0.5V,栅漏电降低了一个数量级,击穿特性得到改善,但是最大饱和电流密度降低了。     

AlGaN/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上,自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔方程和泊松方程.通过模拟计算,研究了AlGaN/GaN HEMT器件掺杂层Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏压对二维电子气特性的影响.用准二维物理模型计算了AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性,给出了相应的饱和电压和阈值电压,并对计算结果和AlGaN/GaN HEMT器件的结构优化进行了分析.     

具有高击穿电压的AlN背势垒AlGaN/GaN/AlN HEMT材料

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在4英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上制备了1.2μm厚的AlN背势垒的AlGaN/GaN/AlN双异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,其AlGaN势垒层表面粗糙度(RMS)、二维电子气(2DEG)迁移率以及HEMT材料的弯曲度都较为接近于常规的高阻GaN背势垒结构的HEMT材料。由于AlN晶格常数较小,具有AlN背势垒的HEMT材料受到了更大的压应力。通过对比分析两种HEMT材料所制备的器件发现,受益于AlN背势垒层更高的禁带宽度和临界电场,由AlN背势垒HEMT材料所制备的器件三端关态击穿电压为常规高阻GaN背势垒HEMT器件的1.5倍,缓冲层漏电流则较常规高阻GaN背势垒HEMT器件低2～3个数量级。     

具有栅源间本征GaN调制层的AlGaN/GaN HEMT

为解决常规AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)因源极电子注入栅极右侧高场区造成的雪崩击穿,并提高器件的击穿电压,提出了一种具有栅源间本征GaN (i-GaN)调制层的新型AlGaN/GaN HEMT结构.新结构器件在反向耐压时将调制层下方部分区域的二维电子气(2DEG)完全耗尽,扩展了沟道的夹断区,有效阻止了源极电子向栅极右侧高场区的注入.仿真结果表明,通过设置适当的调制层长度和厚度,器件的击穿电压可从常规结构的862 V提升至新结构的1086 V,增幅达26％.同时,GaN调制层会微幅增大器件的比导通电阻,对阈值电压也具有一定的提升作用.     

AlGaN/GaN HEMT高场应力退化及紫外光辐照的研究

采用不同的应力偏压发现器件特性的下降程度随应力偏置电压的增大而增大.经过3×104s 40V高场应力后,蓝宝石衬底 AlGaN/GaN HEMT饱和漏电流下降5.2%,跨导下降7.6%.从器件直流参数的下降分析了应力后的特性退化现象并与连续直流扫描电流崩塌现象进行了对比,同时观察了紫外光照对应力后器件特性退化的恢复作用.直流扫描电流崩塌现象在紫外光照下迅速消除,但是紫外光照不能恢复高场应力造成的特性退化.     

毫米波AlGaN / GaN HEMT 交流特性研究

毫米波频段已经成为AlGaN/GaN HEMT研究的一个发展趋势。利用器件仿真软件TCAD,对AlGaN/GaN HEMT交流特性进行了研究。从势垒层的Al组分和厚度两个参数分析了器件特征频率变化趋势。用TCAD仿真得到的AlGaN/GaN HEMT器件本征S参数,在ADS中添加器件的非本征参数,得到器件仿真的频率特性。在器件设计的基础上,进行了器件版图设计和流片,并测量了器件频率特性。测试和仿真结果的对比表明两者较为一致,表明器件仿真的有效性和指导意义。