高场应力及栅应力下AlGaN/GaN HEMT器件退化研究

采用不同的高场应力和栅应力对AlGaN/GaN HEMT器件进行直流应力测试,实验发现：应力后器件主要参数如饱和漏电流,跨导峰值和阈值电压等均发生了明显退化,而且这些退化还是可以完全恢复的;高场应力下,器件特性的退化随高场应力偏置电压的增加和应力时间的累积而增大;对于不同的栅应力,相对来说,脉冲栅应力和开态栅应力下器件特性的退化比关态栅应力下的退化大.对不同应力前后器件饱和漏电流,跨导峰值和阈值电压的分析表明,AlGaN势垒层陷阱俘获沟道热电子以及栅极电子在栅漏间电场的作用下填充虚栅中的表面态是这些不同应 关键词： AlGaN/GaN HEMT器件 表面态(虚栅) 势垒层陷阱 应力     

AlGaN/GaN 高速电子迁移率晶体管器件电流坍塌效应与界面热阻和温度的研究

本文系统研究了AlGaN/GaN基高速电子迁移率晶体管器件界面热阻和工作温度对器件在高功率下的电流坍塌效应的影响规律.研究发现低漏极电压下热电子是导致负微分输出电导的重要因素,器件工作温度变高会使负微分输出电导减小.高漏极电压下自加热效应是导致电流坍塌的一个重要因素.随着界面热阻的增加,器件跨导降低,阈值电压增大.同时,由于工作环境温度的增高,器件随之温度增高,载流子迁移率会显著降低. 最终这两种因素会引起AlGaN/GaN基高速电子迁移率晶体管器件显著的电流坍塌效应,从而降低了器件整体性能. 关键词： AlGaN/GaN HEMT 器件 热电子效应 自加热效应 电流坍塌效应     

AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管漏电流退化机理研究

本文首先制备了与AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 (HEMT) 结构与特性等效的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管, 采用步进应力测试比较了不同栅压下器件漏电流的变化情况, 然后基于电流-电压和电容-电压测试验证了退化前后漏电流的传输机理, 并使用失效分析技术光发射显微镜 (EMMI) 观测器件表面的光发射, 研究了漏电流的时间依赖退化机理. 实验结果表明: 在栅压高于某临界值后, 器件漏电流随时间开始增加, 同时伴有较大的噪声. 将极化电场引入电流与电场的依赖关系后, 器件退化前后的 log(I_FT/E)与√E 都遵循良好的线性关系, 表明漏电流均由电子Frenkel-Poole (FP) 发射主导. 退化后 log(I_FT/E)与√E 曲线斜率的减小, 以及利用EMMI在栅边缘直接观察到了与缺陷存在对应关系的“热点”, 证明了漏电流退化的机理是: 高电场在AlGaN层中诱发了新的缺陷, 而缺陷密度的增加导致了FP发射电流I_FT的增加. 关键词： AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管 漏电流 退化机理     

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管肖特基高温退火机理研究

在不同应力条件下,研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管高温退火前后的电流崩塌、栅泄漏电流以及击穿电压的变化.结果表明,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管通过肖特基高温退火以后,器件的特性得到很大的改善.利用电镜扫描(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对高温退火前、后的肖特基接触界面进行深入分析,发现器件经过高温退火后,Ni和AlGaN层之间介质的去除,并且AlGaN材料表面附近的陷阱减少,使得肖特基有效势垒提高,从而提高器件的电学特性. 关键词： AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 肖特基接触 界面陷阱     

基于凹槽结构抑制AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应

基于双脉冲技术,研究了GaN缓冲层陷阱对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应的影响.结果表明,栅边缘漏侧的电场峰值使得沟道电子跃迁至缓冲层,并被缓冲层中的陷阱俘获是造成电流崩塌的主要原因之一.提出了势垒层局部凹槽结构,降低了栅边缘漏侧的电场峰值,使电场分布更加均匀,改善了器件的电流崩塌效应.与传统AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构相比,新器件结构对电流崩塌效应的抑制作用至少提升了22.30%.     

AlGaN表面坑状缺陷及GaN缓冲层位错缺陷对AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应的影响

利用金属有机气相外延(MOVPE)技术生长了具有不同AlGaN表面坑状缺陷和GaN缓冲层位错缺陷密度的AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)样品,并对比研究了两种缺陷对器件栅、漏延迟电流崩塌效应的影响.栅延迟测试表明,AlGaN表面坑状缺陷会引起栅延迟电流崩塌效应和源漏电阻的增加,而且表面坑状缺陷越多,栅延迟电流崩塌程度和源漏电阻的增加越明显.漏延迟测试显示,AlGaN表面坑状缺陷对漏延迟电流崩塌影响不大,而GaN缓冲层位错缺陷主要影响漏延迟电流崩塌.研究结果表明,AlGaN表面坑状缺陷和Ga 关键词： AlGaN/GaN HEMT 电流崩塌 坑状缺陷 位错缺陷     

AIGaN／GaN高速电子迁移率晶体管器件电流坍塌效应与界面热阻和温度的研究

本文系统研究了A1GaN／GaN基高速电子迁移率晶体管器件界面热阻和工作温度对器件在高功率下的电流坍塌效应的影响规律．研究发现低漏极电压下热电子是导致负微分输出电导的重要因素,器件工作温度变高会使负微分输出电导减小．高漏极电压下自加热效应是导致电流坍塌的一个重要因素．随着界面热阻的增加,器件跨导降低,阂值电压增大．同时,由于工作环境温度的增高,器件随之温度增高,载流子迁移率会显著降低．最终这两种因素会引起A1GaN／GaN基高速电子迁移率晶体管器件显著的电流坍塌效应,从而降低了器件整体性能．     

60Co γ射线辐射对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

采用⁶⁰Co γ射线辐射源对非钝化保护的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件进行了1 Mrad(Si)的总剂量辐射,实验发现辐射累积剂量越大,器件尺寸越小,器件饱和漏电流和跨导下降越明显,同时辐射后器件栅泄漏电流明显增大,而阈值电压变化很小. 对辐射前后器件的沟道串联电阻和阈值电压变化的分析表明,辐射感生表面态负电荷的产生是造成AlGaN/GaN HEMT器件电特性退化的主要原因之一. 关键词： AlGaN/GaN HEMT器件 γ射线辐射 表面态     

60Co γ射线辐射对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

采用60 Co γ射线辐射源对非钝化保护的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件进行了1 Mrad(Si)的总剂量辐射,实验发现辐射累积剂量越大,器件尺寸越小,器件饱和漏电流和跨导下降越明显,同时辐射后器件栅泄漏电流明显增大,而阈值电压变化很小. 对辐射前后器件的沟道串联电阻和阈值电压变化的分析表明,辐射感生表面态负电荷的产生是造成AlGaN/GaN HEMT器件电特性退化的主要原因之一.     

氮化镓基感光栅极高电子迁移率晶体管器件设计与制备

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.     

65 nm互补金属氧化物半导体场效应和晶体管总剂量效应及损伤机制

对65 nm互补金属氧化物半导体工艺下不同尺寸的N型和P型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET和PMOSFET)开展了不同偏置条件下电离总剂量辐照实验.结果表明:PMOSFET的电离辐射响应与器件结构和偏置条件均有很强的依赖性,而NMOSFET表现出较强的抗总剂量性能;在累积相同总剂量时,PMOSFET的辐照损伤远大于NMOSFET.结合理论分析和数值模拟给出了PMOSFET的辐射敏感位置及辐射损伤的物理机制.     

电离辐射环境下的部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管可靠性研究

随着半导体技术的进步, 集成小尺寸绝缘体上硅器件的芯片开始应用到航空航天领域, 使得器件在使用中面临了深空辐射环境与自身常规可靠性的双重挑战. 进行小尺寸器件电离辐射环境下的可靠性试验有助于对器件综合可靠性进行评估. 参照国标GB2689.1-81恒定应力寿命试验与加速寿命试验方法总则进行电应力选取, 对部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管进行了电离辐射环境下的常规可靠性研究. 通过试验对比, 定性地分析了氧化物陷阱电荷和界面态对器件敏感参数的影响, 得出了氧化物陷阱电荷和界面态随着时间参数的变化, 在不同阶段对器件参数的影响. 结果表明, 总剂量效应与电应力的共同作用将加剧器件敏感参数的退化, 二者的共同作用远大于单一影响因子.     

单晶金刚石氢终端场效应晶体管特性

基于微波等离子体化学气相淀积生长的单晶金刚石制作了栅长为2μm的耗尽型氢终端金刚石场效应晶体管,并对器件特性进行了分析.器件的饱和漏电流在栅压为-6 V时达到了96 mA/mm,但是在-6 V时栅泄漏电流过大.在-3.5 V的安全工作栅压下,饱和漏电流达到了77 mA/mm.在器件的饱和区,宽5.9 V的栅电压范围内,跨导随着栅电压的增加而近线性增大到30 mS/mm.通过对器件导通电阻和电容-电压特性的分析,氢终端单晶金刚石的二维空穴气浓度达到了1.99×10~(13)cm~(-2),并且迁移率和载流子浓度均随着栅压向正偏方向的移动而逐渐增大.分析认为,沟道中高密度的载流子、大的栅电容以及迁移率的逐渐增加是引起跨导在很大的栅压范围内近线性增加的原因.     

Ferroelectric effect and equivalent polarization charge model of PbZr_(0.2)Ti_(0.8)O_3 on AlGaN/GaN MIS-HEMT

PbZr_(0.2)Ti_(0.8)O_3(PZT) gate insulator with the thickness of 30 nm is grown by pulsed laser deposition(PLD) in AlGa N/Ga N metal–insulator–semiconductor high electron mobility transistors(MIS-HEMTs). The ferroelectric effect of PZT Al Ga N/Ga N MIS-HEMT is demonstrated. The polarization charge in PZT varies with different gate voltages. The equivalent polarization charge model(EPCM) is proposed for calculating the polarization charge and the concentration of two-dimensional electron gas(2 DEG). The threshold voltage(Vth) and output current density(IDS) can also be obtained by the EPCM. The theoretical values are in good agreement with the experimental results and the model can provide a guide for the design of the PZT MIS-HEMT. The polarization charges of PZT can be modulated by different gate-voltage stresses and the Vthhas a regulation range of 4.0 V. The polarization charge changes after the stress of gate voltage for several seconds. When the gate voltage is stable or changes at high frequency, the output characteristics and the current collapse of the device remain stable.     

Parasitic source resistance at different temperatures for AlGaN/AlN/GaN heterostructure field-effect transistors

The parasitic source resistance(RS) of Al Ga N/Al N/Ga N heterostructure field-effect transistors(HFETs) is studied in the temperature range 300–500 K. By using the measured RSand both capacitance–voltage(C–V) and current–voltage(I–V) characteristics for the fabricated device at 300, 350, 400, 450, and 500 K, it is found that the polarization Coulomb field(PCF) scattering exhibits a significant impact on RSat the above-mentioned different temperatures. Furthermore, in the Al Ga N/Al N/Ga N HFETs, the interaction between the additional positive polarization charges underneath the gate contact and the additional negative polarization charges near the source Ohmic contact, which is related to the PCF scattering, is verified during the variable-temperature study of RS.     

反向衬底偏压下纳米N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中栅调制界面产生电流特性研究

研究了反向衬底偏压V_B下纳米N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中栅调制界面产生(GMG)电流I_GMG特性, 发现I_GMG曲线的上升沿与下降沿随着|V_B|的增大向右漂移. 基于实验和理论模型分析, 得出了V_B与这种漂移之间的物理作用机制, 漂移现象的产生归因于衬底偏压V_B 调节了表面电势φ_s在栅电压V_G 中的占有比重: |V_B|增大时相同V_G下φ_s会变小, φ_s 的变化继而引发上升沿产生率因子g_r减小以及下降沿产生率因子g_f增大. 进一步发现I_GMG 上升沿与下降沿的最大跨导G_MR, G_MF 在对数坐标系下与V_B成线性关系, 并且随着|V_B|增加而增大. 由于漏电压V_D在I_GMG 上升沿与下降沿中的作用不同, 三种V_D下G_MR-V_B曲线重合而G_MF-V_B曲线则产生差异. 增大V_D 会增强g_f 随V_G的变化, 因此使得给定V_B 下的G_MF变大. 同时这却导致了更大V_D下G_MF-V_B 曲线变化的趋势减缓, 随着V_D从0.2 V变为0.6 V, 曲线的斜率s从0.09减小到0.03. 关键词： 产生电流 表面势 衬底偏压 N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管     

Effect of gate length on breakdown voltage in AlGaN/GaN high-electron-mobility transistor

The effects of gate length L_G on breakdown voltage VBRare investigated in AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors(HEMTs) with L_G= 1 μm~20 μm. With the increase of L_G, VBRis first increased, and then saturated at LG= 3 μm. For the HEMT with L_G= 1 μm, breakdown voltage VBRis 117 V, and it can be enhanced to 148 V for the HEMT with L-_G= 3 μm. The gate length of 3 μm can alleviate the buffer-leakage-induced impact ionization compared with the gate length of 1 μm, and the suppression of the impact ionization is the reason for improving the breakdown voltage.A similar suppression of the impact ionization exists in the HEMTs with LG 3 μm. As a result, there is no obvious difference in breakdown voltage among the HEMTs with LG= 3 μm~20 μm, and their breakdown voltages are in a range of 140 V–156 V.     

阶梯AlGaN外延新型Al0.25Ga0.75N/GaNHEMTs器件实验研究

本文报道了作者提出的阶梯AlGaN外延层新型AlGaN/GaN HEMTs结构的实验结果. 实验利用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)刻蚀栅边缘的AlGaN外延层, 形成阶梯的AlGaN 外延层结构, 获得浓度分区的沟道2DEG, 使得阶梯AlGaN外延层边缘出现新的电场峰, 有效降低栅边缘的高峰电场, 从而优化了AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布. 实验获得了阈值电压-1.5 V的新型AlGaN/GaN HEMTs器件. 经过测试, 同样面积的器件击穿电压从传统结构的67 V提高到新结构的106 V, 提高了58%左右; 脉冲测试下电流崩塌量也比传统结构减少了30%左右, 电流崩塌效应得到了一定的缓解.