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     

GaN FP-HEMTs中击穿电压与电流崩塌的关系

研究了钝化在抑制电流崩塌的同时，会引起HEMT器件击穿电压的下降.而采用场板结构的AlGaN/GaN场板HEMT器件(FP-HEMT)的击穿电压从46V提高到了148V，表明了场板对提高击穿电压有显著作用(3倍以上).接着，比较了FP-HEMT器件与常规HEMT器件，钝化后HEMT器件在应力前后的电流崩塌程度，得出了采用场板结构比之钝化对器件抑制电流崩塌有更明显作用的结论.从理论上和实验上都表明，采用场板结构能够很好解决提高击穿电压与抑制电流崩塌之间的矛盾. 关键词： GaN 场板 击穿电压 电流崩塌     

场板抑制GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌的机理研究

通过实验和数值器件仿真研究了钝化GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)、栅场板GaN HEMTs和栅源双层场板GaN HEMTs电流崩塌现象的物理机理,建立了电流崩塌强度与帽层中载流子浓度、陷阱电离率和电场的内在联系.研究结果表明,场板可以有效调制帽层中横向和纵向电场的强度分布,并可有效调制纵向电场的方向,减弱栅极附近电场强度,增加场板下方电场强度,这会减弱栅极附近自由电子的横向运动,增强场板下方自由电子的纵向运动,进而可以有效调制帽层中自由电子浓度的分布,提高陷阱的电离率,减小器件的电流崩塌. 关键词： 电流崩塌 钝化器件 场板器件 陷阱电离率     

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     

具有纵向漏极场板的低导通电阻绝缘体上硅横向双扩散金属氧化物半导体器件新结构

为降低绝缘体上硅(SOI)横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件的导通电阻,同时提高器件击穿电压,提出了一种具有纵向漏极场板的低导通电阻槽栅槽漏SOI-LDMOS器件新结构.该结构特征为采用了槽栅槽漏结构,在纵向上扩展了电流传导区域,在横向上缩短了电流传导路径,降低了器件导通电阻;漏端采用了纵向漏极场板,该场板对漏端下方的电场进行了调制,从而减弱了漏极末端的高电场,提高了器件的击穿电压.利用二维数值仿真软件MEDICI对新结构与具有相同器件尺寸的传统SOI结构、槽栅SOI结构、槽栅槽漏SOI结构进行了比较.结果表明:在保证各自最高优值的条件下,与这三种结构相比,新结构的比导通电阻分别降低了53%,23%和提高了87%,击穿电压则分别提高了4%、降低了9%、提高了45%.比较四种结构的优值,具有纵向漏极场板的槽栅槽漏SOI结构优值最高,这表明在四种结构中新结构保持了较低导通电阻,同时又具有较高的击穿电压.     

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     

Al2O3介质层厚度对AlGaN/GaN金属氧化物半导体-高电子迁移率晶体管性能的影响

在蓝宝石衬底上采用原子层淀积法制作了三种不同Al₂O₃介质层厚度的绝缘栅高电子迁移率晶体管.通过对三种器件的栅电容、栅泄漏电流、输出和转移特性的测试表明：随着Al₂O₃介质层厚度的增加,器件的栅控能力逐渐减弱,但是其栅泄漏电流明显降低,击穿电压相应提高.通过分析认为薄的绝缘层能够提供大的栅电容,因此其阈值电压较小,但是绝缘性能较差,并不能很好地抑制栅电流的泄漏;其次随着介质厚度的增加,可以对栅极施加更高的正偏压,因此获 关键词： 2O₃')" href="#">Al₂O₃ 金属氧化物半导体-高电子迁移率晶体管 介质层厚度 钝化     

AlGaN/GaN场板结构高电子迁移率晶体管的场板尺寸优化分析

对不同场板尺寸的AlGaN/GaN 场板结构高电子迁移率晶体管进行了研究,建立简化模型分析场板长度对沟道电场分布的影响.结果表明,调整钝化层厚度和场板长度都可以调制沟道电场的分布形状,当场板长度较小时,随着长度的增大器件击穿电压随之增加,而当长度增大到一定程度后器件击穿电压不再增加.通过优化场板长度,器件击穿电压提高了64%,且实验结果与模拟结果相符. 关键词： AlGaN/GaN 击穿电压 场板长度     

新型双异质结高电子迁移率晶体管的电流崩塌效应研究

针对传统单结GaN基高电子迁移率晶体管器件性能受电流崩塌效应和自加热效应限制的困境,对新型A1GaN/GaN/InGaN/GaN双异质结高电子迁移率晶体管的直流性质展开了系统研究.采用基于热电子效应和自加热效应的流体动力模型,研究了器件在不同偏压下电流崩塌和负微分电导效应与GaN沟道层厚度的相关.研究发现具有高势垒双异质的沟道层能更好地将电子限制在沟道中,显著减小高电场下热电子从沟道层向GaN缓冲层的穿透能力.提高GaN沟道层厚度可以有效抑制电流崩塌和和负微分输出电导,进而提高器件在高场作用下的性能.所得结果为进一步优化双异质结高电子迁移率晶体管结构提供了新思路,可促进新型GaN高电子迁移率晶体管器件在高功率、高频和高温等无线通讯领域内的广泛应用.     

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%.     

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.     

Reverse blocking enhancement of drain field plate in Schottky-drain AlGaN/GaN high-electron mobility transistors

In this paper, we present the combination of drain field plate(FP) and Schottky drain to improve the reverse blocking capability, and investigate the reverse blocking enhancement of drain FP in Schottky-drain AlGaN/GaN high-electron mobility transistors(HEMTs). Drain FP and gate FP were employed in a two-dimensional simulation to improve the reverse blocking voltage(VRB) and the forward blocking voltage(VFB). The drain-FP length, the gate-FP length and the passivation layer thickness were optimized. VRBand VFBwere improved from-67 V and 134 V to-653 V and 868 V respectively after optimization. Simulation results suggest that the combination of drain FP and Schottky drain can enhance the reverse blocking capability significantly.     

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.     

Ni/Au Schottky gate oxidation and BCB passivation for high-breakdown-voltage AlGaN/GaN HEMT

A new AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) employing Ni/Au Schottky gate oxidation and benzocyclobutene (BCB) passivation is fabricated in order to increase a breakdown voltage and forward drain current. The Ni/Au Schottky gate metal with a thickness of 50/300 nm is oxidized under oxygen ambient at 500 C and the highly resistive NiO is formed at the gate edge. The leakage current of AlGaN/GaN HEMTs is decreased from 4.94 μA to 3.34 nA due to the formation of NiO. The BCB, which has a low dielectric constant, successfully passivates AlGaN/GaN HEMTs by suppressing electron injection into surface states. The BCB passivation layer has a low capacitance, so BCB passivation increases the switching speed of AlGaN/GaN HEMTs compared with silicon nitride passivation, which has a high dielectric constant. The forward drain current of a BCB-passivated device is 199 mA /mm, while that of an unpassivated device is 172 mA /mm due to the increase in two-dimensional electron gas (2DEG) charge.     

Fluorine-plasma treated AlGaN/GaN high electronic mobility transistors under off-state overdrive stress

Influences of off-state overdrive stress on the fluorine-plasma treated AlGaN/GaN high-electronic mobility transistors (HEMTs) are experimentally investigated. It is observed that the reverse leakage current between the gate and source decreases after the off-state stress, whereas the current between the gate and drain increases. By analyzing those changes of the reverse currents based on the Frenkel-Poole model, we realize that the ionization of fluorine ions occurs during the off-state stress. Furthermore, threshold voltage degradation is also observed after the off-state stress, but the degradations of AlGaN/GaN HEMTs treated with different F-plasma RF powers are different. By comparing the differences between those devices, we find that the F-ions incorporated in the GaN buffer layer play an important role in averting degradation. Lastly, suggestions to obtain a more stable fluorine-plasma treated AlGaN/GaN HEMT are put forwarded.     

Investigation of passivation effects in AlGaN/GaN metal-insulator-semiconductor high electron-mobility transistor by gate-drain conductance dispersion study

This paper studies the drain current collapse of AlGaN/GaN metal-insulator-semiconductor high electron-mobility transistors (MIS-HEMTs) with NbAlO dielectric by applying dual-pulsed stress to the gate and drain of the device.For NbAlO MIS-HEMT,smaller current collapse is found,especially when the gate static voltage is 8 V.Through a thorough study of the gate-drain conductance dispersion,it is found that the growth of NbAlO can reduce the trap density of the AlGaN surface.Therefore,fewer traps can be filled by gate electrons,and hence the depletion effect in the channel is suppressed effectively.It is proved that the NbAlO gate dielectric can not only decrease gate leakage current but also passivate the AlGaN surface effectively,and weaken the current collapse effect accordingly.     

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