GaN HFET偏置转换中的亚稳态能带(续)

从场效应管瞬态电流谱中慢峰展示的异质结慢充电过程出发,提出了研究GaN HFET偏置转换中出现的亚稳态新概念。利用亚稳态随时间的缓变特征,建立了自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程的能带计算方案。选用能带峰和填充能级来描绘亚稳态,编制成计算不同应力偏置和测试偏置下亚稳态能带的计算软件。运用新编软件计算了不同能带峰和填充能级下的亚稳态能带。详细描述了偏置转换中产生的能带谷充电过程及外沟道堵塞,由此建立起应力偏置与测试偏置下动态电流间的关联。从场效应管射频工作中栅、漏电压的变化条件出发提出新的电流崩塌动态模型。运用应力偏置和测试偏置下的定态能带和亚稳态能带解释了瞬态电流谱随应力偏置和测试偏置的变化行为。最后讨论亚稳态能带在GaN HFET研究中的重要意义。     

GaN HFET偏置转换中的亚稳态能带

从场效应管瞬态电流谱中慢峰展示的异质结慢充电过程出发,提出了研究GaN HFET偏置转换中出现的亚稳态新概念。利用亚稳态随时间的缓变特征,建立了自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程的能带计算方案。选用能带峰和填充能级来描绘亚稳态,编制成计算不同应力偏置和测试偏置下亚稳态能带的计算软件。运用新编软件计算了不同能带峰和填充能级下的亚稳态能带。详细描述了偏置转换中产生的能带谷充电过程及外沟道堵塞,由此建立起应力偏置与测试偏置下动态电流间的关联。从场效应管射频工作中栅、漏电压的变化条件出发提出新的电流崩塌动态模型。运用应力偏置和测试偏置下的定态能带和亚稳态能带解释了瞬态电流谱随应力偏置和测试偏置的变化行为。最后讨论亚稳态能带在GaN HFET研究中的重要意义。     

微波功率AlGaN/GaN HFET的二维能带和异质结构设计

在综述微波功率AlGaN/GaN HFET技术发展趋势基础上,提出了二维异质结能带优化设计的新课题.从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了利用异质界面上的极化电荷来剪裁异质结能带.用极化电荷设计近矩形前势垒能增大高能热电子的隧穿势垒宽度,抑制电流崩塌.背势垒中的极化电荷强化了沟道阱的量子限制,减弱了沟道中的强场峰,能提高击穿电压和抑制电流崩塌.薄势垒层中的极化电荷强化了沟道阱的结构,降低势垒高度后能产生高密度的电子气.优化设计二维异质结构能抑制沟道中的强场峰和电流崩塌,提高击穿电压和大漏压下的输出功率.     

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。     

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。     

钝化与场板结构对AlGaN/GaN HEMT电流崩塌的影响

由于AlGaN／GaNHEMT的几何结构以及很强的极化效应,栅漏区域的电场很大,以至于电子可以从栅隧穿到AlGaN表面．隧穿的电子在表面累积,导致栅下耗尽区的电子向漏端延伸,从而引起漏极电流的下降．文中采用应力测试方法,研究了未钝化、钝化以及场板三种结构的AlGaN／GaNHEMT的电流崩塌程度．实验结果表明,钝化隔断了电子从栅隧穿到AlGaN表面的通道,场板结构能够有效降低栅边缘电场,均减少了电子从栅隧穿到表面陷阱的几率,从而使虚栅的作用减弱,有效地抑制了电流崩塌效应．     

钝化与场板结构对AlGaN/GaN HEMT电流崩塌的影响

由于AlGaN/GaN HEMT的几何结构以及很强的极化效应,柵漏区域的电场很大,以至于电子可以从柵隧穿到AlGaN表面.隧穿的电子在表面累积,导致柵下耗尽区的电子向漏端延伸,从而引起漏极电流的下降.文中采用应力测试方法,研究了未钝化、钝化以及场板三种结构的AlGaN/GaN HEMT 的电流崩塌程度.实验结果表明,钝化隔断了电子从柵隧穿到AlGaN表面的通道,场板结构能够有效降低柵边缘电场,均减少了电子从柵隧穿到表面陷阱的几率,从而使虚柵的作用减弱,有效地抑制了电流崩塌效应.     

GaN基HEMT器件的表面陷阱充电效应研究

设计了一种实验方法用以研究AlGaN/GaN外延表面陷阱充电效应对于薄膜电阻的影响,该效应与GaN基HEMT电流崩塌现象直接相关.测量获得了AlGaN/GaN异质结结构薄膜电阻在周期栅脉冲信号下的变化规律.薄膜电阻在低频区域对脉冲频率十分敏感,而在高频时出现饱和.当信号频率足够高时(≥4kHz),AlGaN/GaN薄膜将呈现高阻,器件关断,说明二维电子气已被表面陷阱电荷耗尽.该实验为研究表面陷阱与电流崩塌效应的关系提供了新的证据.     

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。     

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.     

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.     

GaN HFET加应力后的虚栅和亚稳态能带

使用双曲函数拟合描绘出从应力偏置转换到测试偏置后，不同时刻的表面电势、电场强度和电场梯度的动态弛豫过程。计算出这一偏置转换引发的亚稳态能带。亚稳态能带的弛豫过程描绘出沟道夹断后的异质结充电过程。亚稳态能带计算证明外沟道中的强场峰、电场梯度峰、能带谷和能带峰都由局域电子气电荷引起，局域电子气的慢输运行为延缓了异质结充电过程，拉长了偏置转换中的亚稳态能带转换弛豫。当负应力栅压向空间电荷区注入电子给陷阱充电时，陷阱电荷叠加在局域电子气电荷上，强化了能带畸变和电流崩塌。由此提出涉及异质结能带转换的新虚栅模型。在新虚栅模型下异质结能带变化引发的电子气状态变化比旧虚栅模型中的电子耗尽作用强得多，据此能够解释从漏控DLTS测得的外沟道陷阱密度比栅控DLTS测得的内沟道陷阱密度大1～2个数量级的实验结果。使用涉及能带转换的新虚栅模型讨论了GaN HFET研究中的电流崩塌、3 mm场效应管及可靠性难题。提出二维异质结构用异质结鳍来研制场效应管的新课题。     

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。     

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.     

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.