GaN HFET沟道热电子隧穿电流崩塌模型

研究了GaN HFET中沟道热电子隧穿到表面态及表面态电子跃迁到表面导带两种跃迁过程及其激活能.从沟道热电子隧穿过程出发,提出了新的电流崩塌微观模型.用该微观模型解释了光离化谱、DLTS、瞬态电流及电流崩塌等各类实验现象.研究了各种异质结构的不同电流崩塌特性,在此基础上讨论了无电流崩塌器件的优化设计.     

AlGaN/GaN HFET的2DEG和电流崩塌研究(Ⅱ)

4 AlGaN/GaN HFET电流崩塌的机理 电流崩塌(图8)是AlGaN/CaN HFET存在的特殊问题也是能否走向实用化的关键问题.图中,Ⅰdsmo和Ⅰdsmf、Vko和Vkf分别代表直流和射频条件下的源漏饱和电流和饱和(膝)电压.     

GaN HFET的沟道夹断特性和强电场下的电流崩塌

从自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程出发,研究了纵、横向电场作用下GaNHFET沟道中的电子态和夹断特性。建立了不同异质结构和电场梯度下的电荷控制模型;运用热电子隧穿电流崩塌模型解释了强场电流崩塌的实验结果;强调了沟道夹断特性对电流崩塌的影响;研究了背势垒异质结构、场板电极和挖槽等抑制电流崩塌的方案,提出利用挖槽独立设计内、外沟道异质结构抑制强场电流崩塌的新思路。     

GaN HFET沟道层中的慢输运电子态和射频电流崩塌

从电极偏置环境、二维异质结能带及沟道电子状态的研究出发,发现了沟道中存在具有不同输运特性的高能正常电子和低能慢电子,建立起新的慢电子电流崩塌模型。在器件射频工作中通过正常输运电子到慢电子的转换过程解释了射频电流崩塌行为。沟道中的慢电子是产生射频电流崩塌的真正缘由。运用这一慢电子电流崩塌模型解释了目前用耗尽模型不能解释的大量实验结果。最后提出了通过异质结构优化设计来消除慢电子,解决电流崩塌难题的新途径。     

AlGaN/GaN HFET中的陷阱

提出了二维表面态和表面缺陷层构成的AlGaN/GaN HFET中的陷阱模型。自洽求解薛定谔方程和泊松方程得到异质结能带和沟道阱基态、激发态及二维表面态的波函数。发现表面高密度缺陷减薄了势垒层厚度,显著增强了热电子隧穿过程。从缺陷态发射电子和热电子隧穿构成的新陷阱模型出发,解释了HFET的瞬态电流、肖特基势垒的伏安特性和产生-复合噪声。最后讨论了改进材料生长和器件工艺来抑制陷阱效应,改善器件性能的途径。     

GaN HFET中的局域电子气和瞬态电流谱

比较了GaN体材料和GaN HFET中陷阱的不同行为,发现后一种陷阱不能简单地用陷阱中心俘获带内电子模型来解释,由此建立起描述沟道电流的新局域电子气模型。运用这一局域电子气新概念解释了实验中观察到的各类瞬态电流谱,说明目前瞬态电流研究把高密度局域电子气误认为"陷阱"而引入的各种误解。提出了通过能带剪裁来解决GaN HFET电流崩塌和可靠性难题的新途径。     

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。     

AlGaN/GaN HFET电流崩塌效应研究

电流崩塌效应是限制AlGaN/GaN HFET高输出功率特性的一个重要因素,文中从器件研制的角度研究了AlGaN/GaN HFET的电流崩塌效应.研究结果表明,采用传统的化合物半导体器件细栅工艺制作的器件,栅边缘易发生钻蚀效应,SiN层出现钻蚀区域,器件电流崩塌明显;采用ICP刻蚀SiN后,AlGaN表面产生损伤,电流崩塌效应进一步增强;采用电子束直写方式和SiN钝化,电子未对AlGaN层产生损伤,电流崩塌参量小于20%;采用场板结构,SiN层增加了表面态俘获电子的释放通道.电流崩塌效应得到进一步抑制,减小到小于10%.     

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.     

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.     

GaN基HFET中极化诱导二维电子气和电流崩塌效应

从纤锌矿GaN的晶体结构和微电子学理论出发,介绍了GaN基HFET中两种极化效应的物理机制,分析了二维电子气(2DEG)的形成,极化与2DEG浓度的关系以及提高2DEG浓度的方法.列举了三种典型的电流崩塌效应,分别介绍了其成因和抑制方法,并对各种抑制电流崩塌的方法进行了比较.     

GaN HFET的性能退化

在综述大功率AlGaN/GaN HFET性能退化实验结果的基础上,研究了器件退化与电流崩塌间的关联。分析了现有各类器件失效模型的优点和不足之处。通过沟道中强电场和热电子分布的研究,完善了热电子触发产生缺陷陷阱的器件退化模型。使用这一模型解释了实验中观察到的各类性能退化现象,指出优化设计异质结构可以有效减弱GaN HFET的性能退化。最后提出减弱器件性能退化的方法和途径。     

AlInN三明治势垒GaN HFET

介绍了国际上AlInN势垒HFET的最新发展.从器件性能分析中发现这种新势垒显著提高了沟道电子气密度,增大了强场漂移速度,消除应变提高了器件可靠性和热稳定性,能在高温下有效工作,使GaN HFET研究走上新的台阶.但是薄势垒引起的大栅流和电流崩塌是阻碍器件性能提高和实际应用的主要瓶颈.利用AlInN/AlGaN异质界面...     

GaN HFET的综合设计

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发,研究了负极化电荷在强化沟道阱量子限制和能带剪裁中的作用。优化设计负极化电荷的位置后给出了新的复合势垒设计。提出了新的动态电流崩塌模型和二维异质结构概念,把原位Si3N4钝化和复合势垒结合起来实现二维异质结构。用AlGaN/AlInN复合势垒解决了AlInNHFET中的欧姆接触电阻大和沟道不易夹断两大难题。通过能带剪裁和二维异质结构设计完成了包含钝化、场板电极、挖槽、薄势垒欧姆接触、GaN帽层和AlN插入层等方案优点的新综合设计。     

GaN HFET沟道中的电子态转换和沟道右势垒剪裁

在分析AIGaN／GaN沟道阱中电子迁移率、截止频率fT和噪声性能随电子气密度变化的基础上,研究了沟道电子态随电子密度的变化。发现在高电子密度下电子会向量子限制较弱的退局域态转移。同时还经由热电子隧穿而跃迁到表面态。在低电子密度下,沟道阱产生畸变而蜕化为三维态。运用这一电子态转换模型解释了输运噪声特性随电子气密度的变化。最后指出剪裁沟道右势垒可以弱化高、低电子气密度下输运和噪声性能的衰退。