AlGaN/GaN双异质结F注入增强型高电子迁移率晶体管

理论模拟了不同GaN沟道厚度的双异质结(AlGaN/GaN/AlGaN/GaN)材料对高电子迁移率晶体管(HEMT)特性的影响,并模拟了不同F注入剂量下用该材料制作的增强型器件的特性差异.采用双异质结材料,结合F注入工艺成功地研制出了较高正向阈值电压的增强型HEMT器件.实验研究了三种GaN沟道厚度制作的增强型器件直流特性的差异,与模拟结果进行了对比验证.采用降低的F注入等离子体功率,减小了等离子体处理工艺对器件沟道迁移率的损伤,研制出的器件未经高温退火即实现了较高的跨导和饱和电流特性.对14 nm GaN沟道厚度的器件进行了阈值电压温度稳定性和栅泄漏电流的比较研究,并且分析了双异质结器件的漏致势垒降低效应.     

非晶硅薄膜晶体管沟道中阈值电压及温度的分布

基于氢化非晶硅薄膜晶体管(a-Si:H TFT)沟道中陷阱态的双指数分布, 区分了带尾陷阱态和深能级陷阱态的特征温度.利用源端、漏端串联电阻及沟道电阻, 将源端和漏端特征长度与有源层接触长度、SiO₂/氢化非晶硅 (a-Si:H)界面陷阱态及a-Si:H薄膜内陷阱态联系起来. 由串联电阻上电流密度相等解出沟道势. 通过泊松方程和高斯定理 得出a-Si:H TFT沟道各点的阈值电压表达式, 结果表明 沟道中某一点的阈值电压随着该点与源端距离的增大而减小. 在此基础上, 研究了自加热效应引起沟道各点温度的变化, 结果显示a-Si:H TFT在自加热效应下, 从源端到漏端各点温度变化先增大后减小, 沟道中心的温度变化最大.     

沟道宽度对ZnO-TFT电学性能的影响

用射频磁控溅射法生长的ZnO薄膜作为有源层,制备出了ZnO基薄膜晶体管(ZnO-TFT),并在空气环境下350℃退火1 h,研究了沟道宽度对ZnO-TFT器件性能的影响。实验结果表明:阈值电压随着沟道宽度的减小而增加,这是由于沟道越窄,载流子被捕获的几率越大,在相同栅压下沟道内可动载流子浓度越小,相应的阈值电压就越大;饱和迁移率随着沟道宽度的减小而增加,认为这是由源/漏电阻的侧壁效应及边缘电子场效应引起的附加电流所致。     

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中kink效应的半经验模型

初步分析了AlGaN/GaN 器件上的kink效应. 在直流模型的基础上, 建立了AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管中kink效应的半经验模型, 并加入了kink效应发生的漏源偏压与栅源偏压的关系. 该模型得出较为准确的模拟结果, 可用来判断kink效应的发生和电流的变化量. 最后, 我们采用模型仿真结合实验分析的方法, 对kink效应进行了一定的物理研究, 结果表明碰撞电离对kink效应的发生有一定的促进作用.     

介质中双缺陷电荷对碳纳米管场效应晶体管量子输运特性的影响

用非平衡格林函数理论和紧束缚模型近似计算长沟道弹道输运p型碳纳米管场效应管中电流强度.研究当场效应管介质（SiO₂）中存在两个带电缺陷时，载流子散射所引起的电流强度减小和栅极阈值电压偏移量与缺陷位置的关系.介质中两个缺陷所带电荷Q₁=Q₂=+e（-e为电子电荷），都靠近源极或者都靠近漏极，或者一个电荷靠近源极另一个电荷靠近漏极.在工作状态下，所引起的电流强度相对减小比介质中只存在单个正电荷Q=+e且靠近源极（或漏极）时所引起的电流强度相对减小大得多.如果两个正电荷都在沟道中央附近，随着两个电荷的轴向距离减小，栅极阈值电压偏移的绝对值明显增加.栅极阈值电压偏移可达到-0.35 V.     

漏致势垒降低效应对短沟道应变硅金属氧化物半导体场效应管阈值电压的影响

结合应变硅金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)结构,通过求解二维泊松方程,得到了应变Si沟道的电势分布,并据此建立了短沟道应变硅NMOSFET的阈值电压模型.依据计算结果,详细分析了弛豫Si_1－βGe_β中锗组分β、沟道长度、漏电压、衬底掺杂浓度以及沟道掺杂浓度对阈值电压的影响,从而得到漏致势垒降低效应对小尺寸应变硅器件阈值电压的影响,对应变硅器件以及电路的设计具有重要的参考价值. 关键词： 应变硅金属氧化物半导体场效应管 漏致势垒降低 二维泊松方程 阈值电压模型     

基于电容和电导特性分析GaN蓝光发光二极管老化机理

采用正向交流小信号方法测试和分析老化前后GaN发光二极管（LED）的电容-电压特性,结合串联电阻、理想因子、隧穿电流参数讨论负电容以及电导变化情况.基于L-V曲线定性分析老化前后负电容的阈值电压,老化之后样管的受主浓度降低,辐射复合概率下降,大量缺陷以及非辐射复合中心出现,对载流子俘获作用增强,造成负电容降低.反向偏压以及小正向偏压下,隧穿效应导致老化之后样管的电导增大;正向偏压大于2.2 V区域,考虑串联电阻效应,老化后样管电导减小.在分析LED电容-电压、光输出、电学特性曲线与老化机理基础上,通过实验论证以及理论解释表明,负电容以及电导特性可作为分析LED老化特性的参考依据. 关键词： GaN发光二极管 负电容 电导 老化机理     

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究

基于⁶⁰Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明：器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离（shallow trench isolation,STI）寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.     

高k栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷,建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(Ge OI)p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型.模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应,同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响.在饱和区和非饱和区,漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好,证实了模型的正确性和实用性.利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响,对Ge OI PMOSFET的设计具有一定的指导作用.     

总剂量辐照下沟道长度对部分耗尽绝缘体上硅p型场效应晶体管电特性的影响

本文通过实验研究了0.8μm PD(Partially Depleted)SOI(Silicon-On-Insulator)p型Metal-oxidesemiconductor-feld-efect-Transistor(MOSFET)经过剂量率为50 rad(Si)/s的60Coγ射线辐照后的总剂量效应,分析了沟道长度对器件辐照效应的影响.研究结果表明:辐照总剂量相同时,短沟道器件的阈值电压负向漂移量比长沟道器件大,最大跨导退化的更加明显.通过亚阈值分离技术分析得到,氧化物陷阱电荷是引起阈值电压漂移的主要因素.与长沟道器件相比,短沟道器件辐照感生的界面陷阱电荷更多.     

Channel temperature determination of multifinger AlGaN/GaN high electron mobility transistor using micro-Raman technique

Self-heating in multifinger AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) is investigated by micro-Raman spectroscopy. The device temperature is probed on the die as a function of applied bias. The operating temperature of AlGaN/GaN HEMT is estimated from the calibration curve of passively heated AlGaN/GaN structure. A linear increase of junction temperature is observed when direct current dissipated power is increased. When the power dissipation is 12.75 W at a drain voltage of 15 V, a peak temperature of 69.1 ℃ is observed at the gate edge on the drain side of the central finger. The position of the highest temperature corresponds to the high-field region at the gate edge.     

基于脉冲方法的超短栅长GaN基高电子迁移率晶体管陷阱效应机理

陷阱效应导致的电流崩塌是制约GaN基微波功率电子器件性能提高的一个重要因素,研究深能级陷阱行为对材料生长和器件开发具有非常重要的意义.随着器件频率的提升,器件尺寸不断缩小,对小尺寸器件中深能级陷阱的表征变得越发困难.本文制备了超短栅长（L_g=80 nm）的AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管（MOSHEMT）,并基于脉冲I-V测试和二维数值瞬态仿真对器件的动态特性进行了深入研究,分析了深能级陷阱对AlGaN/GaN MOSHEMT器件动态特性的影响以及相关陷阱效应的内在物理机制.结果表明,AlGaN/GaN MOSHEMT器件的电流崩塌随着栅极静态偏置电压的增加呈非单调变化趋势,这是由栅漏电注入和热电子注入两种陷阱机制共同作用的结果.根据研究结果推断,可通过改善栅介质的质量以减小栅漏电或提高外延材料质量以减少缺陷密度等措施达到抑制陷阱效应的目的,从而进一步抑制电流崩塌.     

Channel temperature determination of a multifinger AlGaN/GaN high electron mobility transistor using a micro-Raman technique

Self-heating in a multifinger AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) is investigated by micro-Raman spectroscopy. The device temperature is probed on the die as a function of applied bias. The operating temperature of the AlGaN/GaN HEMT is estimated from the calibration curve of a passively heated AlGaN/GaN structure. A linear increase of junction temperature is observed when direct current dissipated power is increased. When the power dissipation is 12.75 W at a drain voltage of 15 V, a peak temperature of 69.1°C is observed at the gate edge on the drain side of the central finger. The position of the highest temperature corresponds to the high-field region at the gate edge.     

具有部分本征GaN帽层新型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性分析

为了优化传统Al GaN/GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,HEMTs)器件的表面电场,提高击穿电压,本文提出了一种具有部分本征GaN帽层的新型Al GaN/GaN HEMTs器件结构.新型结构通过在Al GaN势垒层顶部、栅电极到漏电极的漂移区之间引入部分本征GaN帽层,由于本征GaN帽层和Al GaN势垒层界面处的极化效应,降低了沟道二维电子气(two dimensional electron gas,2DEG)的浓度,形成了栅边缘低浓度2DEG区域,使得沟道2DEG浓度分区,由均匀分布变为阶梯分布.通过调制沟道2DEG的浓度分布,从而调制了Al GaN/GaN HEMTs器件的表面电场.利用电场调制效应,产生了新的电场峰,且有效降低了栅边缘的高峰电场,Al GaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布更加均匀.利用ISE-TCAD软件仿真分析得出:通过设计一定厚度和长度的本征GaN帽层,Al GaN/GaN HEMTs器件的击穿电压从传统结构的427 V提高到新型结构的960 V.由于沟道2DEG浓度减小,沟道电阻增加,使得新型Al GaN/GaN HEMTs器件的最大输出电流减小了9.2%,截止频率几乎保持不变,而最大振荡频率提高了12%.     

Non-recessed-gate quasi-E-mode double heterojunction AlGaN/GaN high electron mobility transistor with high breakdown voltage

A non-recessed-gate quasi-E-mode double heterojunction AlGaN/GaN high electron mobility transistor(quasi-EDHEMT) with a thin barrier, high breakdown voltage and good performance of drain induced barrier lowering(DIBL)was presented. Due to the metal organic chemical vapor deposition(MOCVD) grown 9-nm undoped AlGaN barrier, the effect that the gate metal depleted the two-dimensiomal electron gas(2DEG) was greatly impressed. Therefore, the density of carriers in the channel was nearly zero. Hence, the threshold voltage was above 0 V. Quasi-E-DHEMT with 4.1-μm source-to-drain distance, 2.6-μm gate-to-drain distance, and 0.5-μm gate length showed a drain current of 260 mA/mm.The threshold voltage of this device was 0.165 V when the drain voltage was 10 V and the DIBL was 5.26 mV/V. The quasi-E-DHEMT drain leakage current at a drain voltage of 146 V and a gate voltage of-6 V was below 1 mA/mm. This indicated that the hard breakdown voltage was more than 146 V.     

Al2O3绝缘层的AlGaN/GaN MOSHEMT器件研究

在研制AlGaN/GaN HEMT器件的基础上,采用ALD法制备了Al₂O₃ AlGaN/GaN MOSHEMT器件.通过X射线光电子能谱测试表明在AlGaN/GaN异质结材料上成功淀积了Al₂O₃薄膜.根据对HEMT和MOSHEMT器件肖特基电容、器件输出以及转移特性的测试进行分析发现：所制备的Al₂O₃薄膜与AlGaN外延层间界面态密度较小,因而MOSHEMT器件呈现出较 关键词： 2O₃')" href="#">Al₂O₃ ALD GaN MOSHEMT     

增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管高温退火研究

深入研究了两种增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)高温退火前后的直流特性变化.槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT在500 ℃ N₂中退火5 min后,阈值电压由0.12 V正向移动到0.57 V,器件Schottky反向栅漏电流减小一个数量级.F注入增强型AlGaN/GaN HEMT在 400 ℃ N₂中退火2 min后,器件阈值电压由0.23 V负向移动到-0.69 V,栅泄漏电流明显增大.槽栅增强型器件退火过程中Schottky有效势垒     

场板结构AlGaN/GaN HEMT的电流崩塌机理

在不同的漏偏压下，研究了钝化和不同场板尺寸AlGaN/GaN HEMT对电流崩塌的抑制能力.实验结果表明，钝化器件对电流崩塌的抑制能力随着漏偏压的升高而显著下降；在高漏偏压下，场板的尺寸对器件抑制崩塌的能力有较大影响，而合适尺寸的场板结构在各个漏偏压下都能够很好的抑制电流崩塌.深入分析发现，场板结构不仅能够抑制虚栅的充电过程，而且提供了放电途径，有利于虚栅的放电，从而抑制电流崩塌.在此基础上，通过建立场板介质对虚栅放电的模型，解释了高漏偏压下场板的尺寸对器件抑制崩塌的能力有较大影响的原因.     

场板结构AlGaN/GaN HEMT的电流崩塌机理

在不同的漏偏压下,研究了钝化和不同场板尺寸AlGaN/GaN HEMT对电流崩塌的抑制能力.实验结果表明,钝化器件对电流崩塌的抑制能力随着漏偏压的升高而显著下降;在高漏偏压下,场板的尺寸对器件抑制崩塌的能力有较大影响,而合适尺寸的场板结构在各个漏偏压下都能够很好的抑制电流崩塌.深入分析发现,场板结构不仅能够抑制虚栅的充电过程,而且提供了放电途径,有利于虚栅的放电,从而抑制电流崩塌.在此基础上,通过建立场板介质对虚栅放电的模型,解释了高漏偏压下场板的尺寸对器件抑制崩塌的能力有较大影响的原因. 关键词： AlGaN/GaN HEMT 场板 电流崩塌     

An AlGaN/GaN HEMT with enhanced breakdown and near-zero breakdown voltage temperature coefficient

An AlGaN/GaN high-electron mobility transistor (HEMT) with a novel source-connected air-bridge field plate (AFP) is experimentally verified. The device features a metal field plate that jumps from the source over the gate region and lands between the gate and drain. When compared to a similar size HEMT device with conventional field plate (CFP) structure, the AFP not only minimizes the parasitic gate to source capacitance, but also exhibits higher OFF-state breakdown voltage and one order of magnitude lower drain leakage current. In a device with a gate to drain distance of 6 μm and a gate length of 0.8 μm, three times higher forward blocking voltage of 375 V was obtained at V_GS=-5 V. In contrast, a similar sized HEMT with CFP can only achieve a breakdown voltage no higher than 125 V using this process, regardless of device dimensions. Moreover, a temperature coefficient of 0 V/K for the breakdown voltage is observed. However, devices without field plate (no FP) and with optimized conventional field plate (CFP) exhibit breakdown voltage temperature coefficients of -0.113 V/K and -0.065 V/K, respectively.