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相似文献
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1.
刘阳  柴常春  杨银堂  孙静  李志鹏 《中国物理 B》2016,25(4):48504-048504
In this paper, we present the damage effect and mechanism of high power microwave(HPM) on Al GaAs/GaAs pseudomorphic high-electron-mobility transistor(p HEMT) of low-noise amplifier(LNA). A detailed investigation is carried out by simulation and experiment study. A two-dimensional electro-thermal model of the typical GaAs p HEMT induced by HPM is established in this paper. The simulation result reveals that avalanche breakdown, intrinsic excitation, and thermal breakdown all contribute to damage process. Heat accumulation occurs during the positive half cycle and the cylinder under the gate near the source side is most susceptible to burn-out. Experiment is carried out by injecting high power microwave into GaAs p HEMT LNA samples. It is found that the damage to LNA is because of the burn-out at first stage p HEMT. The interiors of the damaged samples are observed by scanning electron microscopy(SEM) and energy dispersive spectrometer(EDS). Experimental results accord well with the simulation of our model.  相似文献   

2.
在TCAD半导体仿真环境中,建立了0.25 m栅长的AlGaAs/InGaAs高电子迁移率晶体管(HEMT)低噪声放大器与微波脉冲作用的仿真模型,基于器件内部的电场强度、电流密度和温度分布的变化,研究了1 GHz的微波从栅极和漏极注入的损伤机理。研究结果表明,从栅极注入约40.1 dBm的微波时,HEMT内部峰值温度随着时间的变化振荡上升,最终使得器件失效,栅下靠源侧电流通道和强电场的同时存在使得该位置最容易损伤;从漏极注入微波时,注入功率的高低会使器件内部出现不同的响应过程,注入功率存在一个临界值,高于该值,器件有可能在第一个周期内损伤,损伤位置均在漏极附近。在1 GHz的微波作用下,漏极注入比栅极注入更难损伤。  相似文献   

3.
GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
提出了一种新型GaN异质结高电子迁移率晶体管在强电磁脉冲下的二维电热模型,模型引入材料固有的极化效应,高场下电子迁移率退化、载流子雪崩产生效应以及器件自热效应,分析了栅极注入强电磁脉冲情况下器件内部的瞬态响应,对其损伤机理和损伤阈值变化规律进行了研究.结果表明,器件内部温升速率呈现出"快速-缓慢-急剧"的趋势.当器件局部温度足够高时(2000 K),该位置热电子发射与温度升高形成正反馈,导致温度急剧升高直至烧毁.栅极靠近源端的柱面处是由于热积累最易发生熔融烧毁的部位,严重影响器件的特性和可靠性.随着脉宽的增加,损伤功率阈值迅速减小而损伤能量阈值逐渐增大.通过数据拟合得到脉宽τ与损伤功率阈值P和损伤能量阈值E的关系.  相似文献   

4.
《中国物理 B》2021,30(7):77305-077305
The performance degradation of gate-recessed metal–oxide–semiconductor high electron mobility transistor(MOSHEMT) is compared with that of conventional high electron mobility transistor(HEMT) under direct current(DC) stress,and the degradation mechanism is studied. Under the channel hot electron injection stress, the degradation of gate-recessed MOS-HEMT is more serious than that of conventional HEMT devices due to the combined effect of traps in the barrier layer, and that under the gate dielectric of the device. The threshold voltage of conventional HEMT shows a reduction under the gate electron injection stress, which is caused by the barrier layer traps trapping the injected electrons and releasing them into the channel. However, because of defects under gate dielectrics which can trap the electrons injected from gate and deplete part of the channel, the threshold voltage of gate-recessed MOS-HEMT first increases and then decreases as the conventional HEMT. The saturation phenomenon of threshold voltage degradation under high field stress verifies the existence of threshold voltage reduction effect caused by gate electron injection.  相似文献   

5.
为深入研究高功率微波(HPM)作用下介质窗沿面击穿破坏的物理机制,探索提高闪络场强阈值的方法和途径,开展了介质窗表面矩形刻槽抑制电子倍增的理论与试验研究。首先根据动力学方程建立了介质窗表面电子倍增模型并分析了介质窗槽内电子运动轨迹,考虑了矩形槽结构对表面微波电场的影响,理论分析表明在闪络击穿的起始和发展阶段矩形槽可有效抑制电子倍增。在S波段(2.86 GHz,脉宽1μs)下开展了介质窗表面矩形刻槽的击穿破坏试验,试验结果发现表面矩形刻槽可大幅度提高微波传输功率,在槽深(1.0mm)一定时不同的刻槽宽度(0.5 mm和1.0 mm)对应的微波功率抑制范围不同。采用PIC-MC仿真模拟槽内倍增电子的时空演化,仿真结果很好地验证了试验现象。  相似文献   

6.
闫孝鲁  张晓萍  李阳梅 《物理学报》2016,65(13):138402-138402
提出了一种新型低阻抗高功率微波源,能在单个器件内产生两束锁相的相干高功率微波,对两束相干微波进行功率合成有望在单个高功率微波器件中实现更高的功率输出.粒子模拟结果显示,在电压687 k V、磁场0.8 T时,该微波源整体阻抗36?,两束微波的频率都为9.72 GHz,输出功率分别为1.20 GW和2.58 GW,功率效率分别为28%和30%;两束输出微波之间频率抖动小于±3 MHz,相位差抖动小于±3?.  相似文献   

7.
针对AlGaAs/InGaAs型高电子迁移率晶体管,利用TCAD半导体仿真工具,从器件内部空间电荷密度、电场强度、电流密度和温度分布变化分析出发,研究了从栅极注入1 GHz微波信号时器件内部的损伤过程与机理。研究表明,器件的损伤过程发生在微波信号的正半周,负半周器件处于截止状态;器件内部损伤过程与机理在不同幅值的注入微波信号下是不同的。当注入微波信号幅值较低时,器件内部峰值温度出现在栅极下方靠源极侧栅极与InGaAs沟道间,由于升温时间占整个周期的比例太小,峰值温度很难达到GaAs的熔点;但器件内部雪崩击穿产生的栅极电流比小信号下栅极泄漏电流高4个量级,栅极条在如此大的电流下很容易烧毁熔断。当注入微波信号幅值较高时,在信号正半周的下降阶段,在栅极中间偏漏极下方发生二次击穿,栅极电流出现双峰现象,器件内部峰值温度转移到栅极中间偏漏极下方,峰值温度超过GaAs熔点。利用扫描电子显微镜对微波损伤的高电子迁移率晶体管器件进行表面形貌失效分析,仿真和实验结果符合较好。  相似文献   

8.
朱彦旭  宋会会  王岳华  李赉龙  石栋 《物理学报》2017,66(24):247203-247203
GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)作为栅控器件,具有AlGaN/GaN异质结处高浓度的二维电子气(2DEG)及对表面态敏感等特性,在栅位置处与感光功能薄膜的结合是光探测器领域重要的研究方向之一.本文首先提出在GaN基HEMT栅电极上引入光敏材料锆钛酸铅(PZT),将具有光伏效应的铁电薄膜PZT与HEMT栅极结合,提出一种新的"金属/铁电薄膜/金属/半导体(M/F/M/S)"结构;然后在以蓝宝石为衬底的AlGaN/GaN外延片上制备感光栅极HEMT器件.最后,通过PZT的光伏效应来调控沟道中的载流子浓度和通过源漏电流的变化来实现对可见光和紫外光的探测.在365 nm紫外光和普通可见光条件下,对比测试有/无感光栅极的HEMT器件,在较小V_(gs)电压时,可见光下测得前者较后者的饱和漏源电流I_(ds)的增幅不下降,紫外光下前者较后者的I_(ds)增幅大5.2 mA,由此可知,感光栅PZT在可见光及紫外光下可作用于栅极GaN基HEMT器件并可调控沟道电流.  相似文献   

9.
李淑萍  张志利  付凯  于国浩  蔡勇  张宝顺 《物理学报》2017,66(19):197301-197301
通过对低压化学气相沉积(LPCVD)系统进行改造,实现在沉积Si_3N_4薄膜前的原位等离子体氮化处理,氮等离子体可以有效地降低器件界面处的氧含量和悬挂键,从而获得了较低的LPCVD-Si_3N_4/GaN界面态,通过这种技术制作的MIS-HEMTs器件,在扫描栅压范围V_(G-sweep)=(-30 V,+24 V)时,阈值回滞为186 mV,据我们所知为目前高扫描栅压V_(G+)(20 V)下的最好结果.动态测试表明,在400 V关态应力下,器件的导通电阻仅仅上升1.36倍(关态到开态的时间间隔为100μs).  相似文献   

10.
杨丽媛  薛晓咏  张凯  郑雪峰  马晓华  郝跃 《中国物理 B》2012,21(7):77304-077304
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.  相似文献   

11.
郝跃  韩新伟  张进城  张金凤 《物理学报》2006,55(7):3622-3628
通过对AlGaN/GaN HEMT器件直流扫描情况下电流崩塌现象和机理的分析,建立了一个AlGaN/GaN HEMT器件的直流扫描电流崩塌模型.该模型从AlGaN/GaN器件工作机理出发,综合考虑了器件结构、半导体表面与界面,以及量子阱特殊结构对电流崩塌的影响.实验反复证明了该模型与实验结果有良好的一致性. 关键词: AlGaN/GaN HEMT 直流扫描 电流崩塌 模型  相似文献   

12.
建立了PNP型达林顿管的二维电热模型,对处于有源放大区的达林顿管的集电极注入高功率微波(HPM)和强电磁脉冲(EMP)时的瞬态响应进行了仿真。结果表明:HPM注入下,器件内部的峰值温度呈周期性的“下降-上升”,温度升高过程发生在信号的正半周,靠近达林顿管发射极的晶体管发射结边缘是最易毁伤处;EMP注入下,其损伤机理与HPM注入时的正半周时相似,器件内部峰值温度一直上升,易毁伤部位与HPM注入时相同。得到了损伤功率阈值和损伤能量阈值与损伤脉宽的关系,这两种干扰注入下的损伤能量阈值-脉宽关系和损伤功率阈值-脉宽关系公式相似,并且在相同脉宽下,HPM注入下的损伤能量阈值大于EMP注入下的损伤能量阈值。  相似文献   

13.
锁频锁相的高功率微波器件技术研究   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
黄华  吴洋  刘振帮  袁欢  何琥  李乐乐  李正红  金晓  马弘舸 《物理学报》2018,67(8):88402-088402
综述了中国工程物理研究院应用电子学研究所锁频锁相的高功率微波器件最新研究成果,主要包括稳频稳相的相对论速调管放大器和注入锁相的相对论返波管振荡器.针对高功率长脉冲相对论速调管研究中遇到的问题,介绍了该放大器的束波互作用特点、杂频振荡抑制、脉冲缩短、高频段高功率运行、高增益等物理、设计与实验中的关键技术研究概况,使其功率、相位稳定性、增益等性能有了显著提高,S波段环形单注相对论速调管实现了高功率稳相输出,重频25 Hz运行时输出功率大于1 GW,脉宽大于150 ns、相位波动18°,高增益运行时在注入微波功率数kW条件下也实现类似功率和相位水平;采用同轴多注器件结构,突破了速调管高频段运行条件下高效率电子束引入和高功率束波转换技术等难题,使X波段相对论速调管在注入功率30 kW条件下实现了功率大于1 GW的放大输出,效率为34%,相位波动为15°.在掌握相对论返波管技术的基础上,利用返波管的高效率和结构紧凑的优点,开展了注入调制电子束锁相的相对论返波管研究,采用百kW级的种子微波实现了对GW量级输出微波的相位锁定.该研究结果对功率合成、粒子加速和多功能雷达等技术具有重要的推动作用.  相似文献   

14.
铁电材料作为感光功能薄膜的红外器件研究近年来十分活跃,其良好的压电、铁电、热释电、光电及非线性光学特性以及能够与半导体工艺相集成等特点,在微电子和光电子技术领域有着广阔的应用前景。实验将铁电材料锆钛酸铅作为感光层与GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)相结合,成功地制备出了感光栅极GaN基HEMT器件,并在波长为365 nm的光照下进行探测,经大量实验测试后发现器件在该波段的光照下饱和电流达到28 mA,相比无光照时饱和电流提高12 mA。另外,通过合理改变器件结构尺寸,包括器件栅长以及栅漏间距,发现随着栅长的增大,器件的饱和输出电流依次减小,而栅漏间距的变化对阈值电压以及饱和电流的影响并不大。由此可知,改变器件结构参数可以达到提高器件性能的目的并且可以提高探测效率。  相似文献   

15.
Pulse shortening, an effect where the microwave output power from a high-power tube terminates or significantly degrades well before the end of the electron beam pulse, severely limits the energy per pulse and average power capability of many high power microwave (HPM) sources. The cause of pulse shortening varies from device to device, and different causes can simultaneously contribute to the observed power reduction behavior which tends to obscure the underlying mechanisms and possible solutions. In this paper, we show a variety of experimental situations that lead to pulse shortening in HPM sources. The mechanisms of the different pulse shortening triggers are examined in detail in high-vacuum traveling wave tubes (TWT) and plasma-filled backward-wave oscillators (BWO). We find that there are many different causes of pulse shortening such as arcing, mode competition, beam instability, etc. However, the most commonly observed situation that leads to pulse shortening is the combination of sufficiently high power electron beams and poor vacuum conditions that lead to plasma generation. The presence of plasma significantly modifies the beam coupling to the circuit, which can affect the microwave production efficiency on very short time scales. The situations lending to pulse shortening and possible solutions are presented  相似文献   

16.
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.  相似文献   

17.
高功率微波辐射场功率阵列测量装置研制   总被引:4,自引:4,他引:0       下载免费PDF全文
基于高功率微波辐射场分布积分方法,通过衰减、延迟、合路等技术手段,研制了一套高功率微波辐射场功率阵列测量实验装置。该装置仅利用一台示波器就可以同时测得16个不同点处的高功率微波辐射场波形,由此得到不同点处的功率密度,在辐射天线方向图旋转对称的条件下,利用编写的程序可以迅速求得单次、短脉冲高功率微波源的空间辐射功率,并在X波段相对论返波管高功率微波源功率测试中得到应用,为高功率微波功率测量特别是单次HPM功率测量,提供了一种新的功率测量阵列装置。  相似文献   

18.
郭海君  段宝兴  袁嵩  谢慎隆  杨银堂 《物理学报》2017,66(16):167301-167301
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%.  相似文献   

19.
韩铁成  赵红东  杨磊  王杨 《中国物理 B》2017,26(10):107301-107301
In this work, we use a 3-nm-thick Al_(0.64)In_(0.36)N back-barrier layer in In_(0.17)Al_(0.83) N/Ga N high-electron mobility transistor(HEMT) to enhance electron confinement. Based on two-dimensional device simulations, the influences of Al_(0.64)In_(0.36) N back-barrier on the direct-current(DC) and radio-frequency(RF) characteristics of In AlN/GaN HEMT are investigated, theoretically. It is shown that an effective conduction band discontinuity of approximately 0.5 eV is created by the 3-nm-thick Al_(0.64)In_(0.36) N back-barrier and no parasitic electron channel is formed. Comparing with the conventional In AlN/GaN HEMT, the electron confinement of the back-barrier HEMT is significantly improved, which allows a good immunity to short-channel effect(SCE) for gate length decreasing down to 60 nm(9-nm top barrier). For a 70-nm gate length, the peak current gain cut-off frequency( f_T) and power gain cut-off frequency( f_(max)) of the back-barrier HEMT are172 GHz and 217 GHz, respectively, which are higher than those of the conventional HEMT with the same gate length.  相似文献   

20.
游海龙  蓝建春  范菊平  贾新章  查薇 《物理学报》2012,61(10):108501-108501
高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作. 针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应, 建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型. 器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、 饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知, HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态, 热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化. MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致, 验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.  相似文献   

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