GaN HEMT器件60Co-γ辐照效应研究

研究了总剂量4 Mrad(Si) ⁶⁰Co-γ辐照对AlGaN/GaN HEMT器件的影响，器件在辐照过程中采用不同的加电方式。辐照过程会增加器件的栅泄漏电流，但辐照终止后电流快速恢复至初始状态。对比辐照前后的直流性能，器件的肖特基势垒高度、阈值电压、漏电流、跨导等未出现退化问题。实验结果表明，基于自主开发的GaN标准工艺平台所制备AlGaN/GaN HEMT器件，具有稳定可靠的⁶⁰Co-γ抗辐照能力。     

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.     

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.     

氮化镓基白光发光二极管的快中子辐照效应

对注入量为 1×10¹⁴cm^-2 的快中子(1.2 MeV)对氮化镓(GaN)基白光发光二极管(LED)器件的辐照效应进行研究。通过测量和分析器件的电致发光谱(EL)、光功率-电流(L-I)和电流-电压(I-U)特性,发现器件辐照后光功率降低,而 EL 谱形状几乎没有变化,表明该注入量的中子辐照主要对器件中的蓝光 LED 芯片造成了损伤。进一步分析发现,中子辐照导致蓝光 LED 量子阱中产生大量非辐射复合中心,增加了漏电流并减小了量子阱中载流子密度,从而降低 LED 的输出光功率。由此,在原有 GaN 基蓝光 LED 等效电路模型的基础上,加入由中子辐照导致的影响因素,不仅有助于理解中子辐照对 LED 光功率的衰退影响机理,还为预测辐照后光功率的变化提供了可行性。     

典型电子器件中子和总剂量辐照协同损伤研究

研究了几种典型电源类电子器件的中子和总剂量辐射效应,包括单总剂量效应、单中子辐射效应、总剂量和中子分时序贯辐照效应以及中子和总剂量同时辐照效应,分析了不同辐照条件下电子器件的失效中子注量(总剂量)阈值。试验结果显示,分时序贯、同时辐照试验给出的电子器件辐照失效阈值低,而单项辐射效应试验给出的失效阈值偏高。对于该类双极工艺器件存在协同增强损伤的机理进行了分析,其主要原因在于同时辐照时,电离损伤在晶体管氧化层产生氧化物正电荷,使基区表面势增加,与此同时界面态数量增多,减少Si体内次表面载流子浓度的差异,从而使电流增益的退化加剧,增强晶体管的中子位移损伤。按照同时辐照进行试验考核,更能真实评估器件的综合抗辐射性能,研究结果对于器件抗辐射性能评估具有重要意义。     

电子辐照对AlGaN/GaN HEMT器件电特性的影响

采用能量为1 MeV的电子对几种不同结构的A1GaN/GaN HEMT器件进行了最高注量为8.575×1014 cm-2的辐照.实验发现:电子辐照后,最高注量下器件欧姆接触性能也几乎没有退化.辐照后来钝化器件的正反向栅电流有所增加,而且肖特基势垒高度随着辐照注量的增加而降低.几种结构HEMT器件的辐照结果表明,电子辐照后只有未钝化器件的特性有所退化,随着辐照注量增加,器件漏电流和跨导下降越明显,而且线性区退化大于饱和区,而阈值电压变化很小.分析表明,HEMT器件参数性能退化的主要原因是栅源和栅漏间隔区辐照感生表面态负电荷的产生.此外实验结果也说明SiN钝化、MOS结构和场板结构都是很好的抗辐照加固的手段.     

介质膜性质及表面处理对GaN HEMT特性的影响

GaN HEMT器件经过钝化后,抑制电流崩塌效应明显,但同时产生其他负面效应,为了改善目前GaN HEMT钝化后漏电增加和击穿电压减小等情况,研究了钝化技术对GaN HEMT电流特性的影响,包括介质膜应力、折射率和表面预处理与器件饱和电流、电流崩塌量的关系,优化了表面预处理和钝化工艺条件.实验效果在CaN HEMT电特性上的改善明显.结果表明,采用折射率为2.1～2.2的SiN钝化膜,饱和电流密度增加到1 100 mA/mm,电流崩塌量小于10%,肖特基接触反向偏压为-20 V时泄漏电流达10-5A数量级.     

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.     

GaN基HEMT器件的优化设计北大核心CSCD

针对氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件自热效应以及电流崩塌效应导致器件性能退化和失效的问题,研究了通过合理改变器件参数尺寸优化GaN基HEMT器件的设计,提高器件性能。通过仿真软件模拟了器件各参数对于GaN器件电学性能的影响,分析了不同衬底构成对GaN HEMT器件自热效应的影响,系统研究了GaN HEMT器件相关参数改变对自热效应及器件电学性能的影响。结果表明:Si及金刚石组成的衬底中减小Si层的厚度有利于减小器件的自热效应,降低有源区最高温度。为提高器件性能以及进一步优化GaN基HEMT器件设计提供了一定的理论参考。     

TCAD simulation capabilities towards gate leakage current analysis of advanced AlGaN/GaN HEMT devices

2D TCAD Sentaurus simulations based on Drift-Diffusion transport are performed to identify the modeling parameters that crucially affect the reliability characteristics of AlGaN/GaN HEMT devices, demonstrated by their effects on the gate leakage characteristic. The behavioural nature and impact of each parameter on the leakage performance is discussed. Schottky gate tunneling and trapping effects within the structure are two major reliability issues that modulate the leakage characteristic. Hence, their contributions are precisely modeled. A simulation methodology is presented to recognize the relative control of individual parameters on distinct regions of the leakage characteristic. This modeling approach is demonstrated for a GaN HEMT technology and can be further applied to facilitate reliability comparisons across different device technologies. This validates TCAD simulation to be an effective aiding tool in reviewing and interpreting GaN HEMT reliability performance and design choices.     

氮化镓HEMT器件辐射效应综述

在高频、大功率、高温、高压等领域,氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)器件因其优异的耐辐射性能而被广泛地应用于卫星、太空探测、核反应堆等领域。尽管从理论和一些试验研究中可以得知,氮化镓材料具有良好的耐辐射特性,但在实际应用中,因其制作工艺及结构等因素的影响,氮化镓HEMT器件的耐辐射特性受到了很大的影响和挑战。本文介绍了氮化镓HEMT器件几种辐射效应,并对氮化镓HEMT器件辐射的研究进行了综述。     

质子辐照对场板AlGaN／GaN HEMT器件电特性的影响

分别采用3MeV和10MeV的质子对GaN基HEMT（High Electron Mobility Transistor）器件进行辐照。实验发现：低注量辐照引起了体材料载流子浓度增加,高注量辐照引起了HEMT器件漏电流下降,跨导减小,阈值电压显著退化的结果。通过分析发现辐射感生受主缺陷引起的2DEG浓度降低是上述器件退化的主要原因。此外基于实验结果,采用辐射感生受主缺陷退化模型仿真并计算了HEMT器件主要参数随受主浓度的退化规律,仿真结果与实验结果有较好的一致性。本文实验结果也表明场板结构和SiN钝化层有效地阻止了电子陷落在表面态中,屏蔽了绝大部分的辐照损伤,是很有效的辐射加固手段。     

Stability of submicron AlGaN/GaN HEMT devices irradiated by gamma rays

AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) with 0.75 μm gate-length and incorporated C-doped GaN buffer layers have been exposed to gamma radiation. The devices have been irradiated to cumulative doses up to 10⁷ rad. The effect of gamma irradiation on the direct current (DC) and low-frequency noise properties of these devices have been investigated in reference to the unexposed device. The DC and noise characteristics show deteriorating device performance upon the gamma exposure. However, some DC parameters, such as transconductance, tended to recover after the irradiation. The gate leakage current and low-frequency noise power spectra indicate this trend even couple of months after the irradiation.     

Stability of Nitride Microwave Monolytic ICs of a Signal Converter Irradiated by Neutrons and Gamma Radiation

The radiation stability of AlGaN/GaN HEMT millimeter-wave signal converters with highly mobile electrons irradiated by neutron and gamma radiation is investigated. The following characteristics have been chosen as the parameters for estimating the stability: the output microwave signal range, conversion factor, and the total consumed current. The consumed current dependence on the absorbed dose of gamma radiation and the sample temperature is determined. It is shown that the effect of neutron irradiation upon the characteristics is insignificant, although the gamma irradiation results in a considerable increase of the current consumed due to the formation of nitrogen donor vacancies, annealing of growth acceptor defects, and defect ordering. Six months later, the parameters of the devices returned to the initial values, indicating the restoration of the original state of the substrate’s crystal structure.     

X-ray lithography induced radiation damage in CMOS and bipolar devices

Radiation effects from a synchroton x-ray lithography source on the performance degradation and long term reliability of high performance self-aligned bipolar devices and deep sub-micron CMOS devices are studied. The hot-carrier properties of the x-ray induced damage in CMOS devices, such as interface states, positive oxide charges and neutral traps have been examined. The effect of these radiation induced defects and their impact on the DRAM circuits in terms of the performance and reliability are discussed. In the self-aligned, double polysilicon bipolar transistor structure interface states and trapped charges can be generated by the radiation source in the sidewall oxide near the emitter-base junction such damage can increase the emitter-base leakage current. This increase of base current can substantially degrade the device current gain at low bias.     

化合物半导体器件与电路的研究进展

介绍了GaAs,InP和GaN等几种重要化合物半导体电子器件的特点、应用和发展前景。回顾了GaAs,InP和GaN材料的材料特性及其器件发展历程与现状。分别讨论了GaAs基HEMT由PHEMT渐变为MHEMT结构和性能的变化,GaAs基HBT在不同电路应用中器件的特性,InP基HEMT与HBT的器件结构及工作特性,GaN基HEMT与HBT的器件特性参数。总体而言,化合物半导体器件与电路在高功率和高频电子器件方面发展较快,GaAs,InP和GaN材料所制得的各种器件电路工作在不同的频率波段,其在相关领域发展潜力巨大。     

一种新型的常通型GaN HEMT器件

对新型常通型GaN HEMT器件的特性和参数进行了研究。阐述了其静态特性、动态特性及电流崩塌问题。针对其动态特性,与相近规格的Si MOSFET器件（TK2Q60D）在开通、关断时间与栅源电压的关系方面进行了对比,探讨了常通型GaN HEMT器件在不同输入电压和不同开关频率下的电流崩塌现象,并采用Boost电路,对常通型GaN HEMT器件和Si MOSFET器件的最高工作频率能力进行了对比。实验结果表明,常通型GaN HEMT器件具有更高的工作频率,且工作频率的升高不影响电流崩塌现象。     

Reliability analysis of AlGaN/GaN HEMT on SopSiC composite substrate under long-term DC-life test

This paper report on the long-term stress (1000 h) carried out on AlGaN/GaN HEMTs processed on composite SopSiC substrate. Almost all tested devices present good device stability and promising performance. The reliability issues identified during the work are clearly related to the high levels of gate leakage current. All these results are very encouraging and confirm that the composite substrates are very promising for low-cost and high performance AlGaN/GaN HEMT for RF power applications.