高电子迁移率晶体管及其应用

简要介绍了高电子迁移率晶体管的基本原理，应用及近年来的进展，它具有的高速，高频，低噪声等优异性能，使它将成为未来的主流微波器件。     

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     

用逆压电极化模型对AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管电流崩塌现象的研究

通过自洽求解一维Poisson-Schrdinger方程,模拟了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在工作时等效外电场对AlGaN/GaN异质结沟道处二维电子气(2DEG)浓度的影响.分析了逆压电极化效应的作用,从正-逆压电极化现象出发,提出了逆压电极化模型.计算结果显示：逆压电极化明显影响2DEG性质,当Al组分x=0.3,AlGaN层厚度为20 nm时,不考虑逆压电极化,2DEG浓度为1.53×10¹³cm^-2;当等效外电压分别为10和15V 关键词： AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 Poisson-Schrdinger方程 逆压电极化模型 电流崩塌     

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．     

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.     

δ掺杂的赝形高电子迁移率晶体管AlGaAs/InGaAs/GaAs结构的光谱研究

报道δ掺杂赝形高电子迁移率晶体管结构Al(?)Ga(?)As/In(?)Ga(?),As/GaAs的综合光谱研究结果。采用光致发光光谱,平面光电流谱和光致发光激发光谱方法,并与理论计算相对比,确认了光致发光谱上n=1电子子带n=2电子子带到n=1重空穴子带间的强发光峰,对弱峰C的研究表明它是n=1电子子带到n=1轻空穴子带复合跃迁的发光峰。由于费密能级高于第二电子子带,没有发现文献中曾报道过的属于费密边的发光峰;平面光电流谱和光致发光激发光谱观察到n=1重空穴子带到n=1,2,3电子子带的三个激子跃迁峰。 关键词：     

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.     

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.     

开态应力下电压和电流对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的退化作用研究

通过采集等功率的两种不同开态直流应力作用下AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)漏源电流输出特性、源区和漏区大信号寄生电阻、转移特性、阈值电压随应力时间的变化, 并使用光发射显微镜观察器件漏电流情况, 研究了开态应力下电压和电流对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的退化作用. 结果表明, 低电压大电流应力下器件退化很少, 高电压大电流下器件退化较明显. 高电压是HEMTs退化的主要因素, 栅漏之间高电场引起的逆压电效应对参数的永久性退化起决定性作用. 除此之外, 器件表面损坏部位的显微图像表明低电压大电流下器件失效是由于局部电流密度过高, 出现热斑导致器件损伤引起的.     

半导体量子器件物理讲座 第二讲 高电子迁移率晶体管（HEMT）

文章从异质界面的三角势阱中二维电子气的形成入手,计算了二维电子气的量子化能级及其面电子密度,对HEMT器件材料结构参数的优化、器件的电荷控制模型I－V特性作了分析。     

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     

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.     

表面电荷与体陷阱对GaN基HEMT器件热电子和量子效应的影响研究

研究了GaN基HEMT器件表面电荷和体陷阱的变化对输出特性的影响.通过分析表面电荷与体陷阱对电流坍塌效应、饱和电流和膝点电压的影响,初步确定了其变化关系.研究结果显示表面电荷的增加能够耗尽二维电子气,减弱电流坍塌效应,降低饱和电流,使膝点电压非正常后移.同时,体陷阱的减小可以有效减弱电流坍塌效应,增大饱和电流,且膝点电压基本保持不变.晶格温度较低时,热电子效应和量子隧穿效应对电流坍塌效应影响显著.采用流体动力学模型,分析了引起电流坍塌效应的内在物理机制,并获得了器件设计和制备的优化方案.     

表面电荷与体陷阱对GaN基HEMT器件热电子和量子效应的影响研究

研究了GaN基HEMT器件表面电荷和体陷阱的变化对输出特性的影响.通过分析表面电荷与体陷阱对电流坍塌效应、饱和电流和膝点电压的影响,初步确定了其变化关系.研究结果显示表面电荷的增加能够耗尽二维电子气,减弱电流坍塌效应,降低饱和电流,使膝点电压非正常后移.同时,体陷阱的减小可以有效减弱电流坍塌效应,增大饱和电流,且膝点电压基本保持不变.晶格温度较低时,热电子效应和量子隧穿效应对电流坍塌效应影响显著.采用流体动力学模型,分析了引起电流坍塌效应的内在物理机制,并获得了器件设计和制备的优化方案. 关键词： GaN-HEMT器件 电流坍塌效应 热电子效应 表面电荷     

Dispersion effect on the current voltage characteristic of AlGaN/GaN high electron mobility transistors

The current voltage (IV) characteristics are greatly influenced by the dispersion effects in AlGaN/GaN high electron mobility transistors. The direct current (DC) IV and pulsed IV measurements are performed to give a deep investigation into the dispersion effects, which are mainly related to the trap and self-heating mechanisms. The results show that traps play an important role in the kink effects, and high stress can introduce more traps and defects in the device. With the help of the pulsed IV measurements, the trapping effects and self-heating effects can be separated. The impact of time constants on the dispersion effects is also discussed. In order to achieve an accurate static DC IV measurement, the steady state of the bias points must be considered carefully to avoid the dispersion effects.     

Low-resistance Ohmic contact on polarization-doped AIGaN/GaN heterojunction

High electronic density is achieved by polarization doping without an impurity dopant in graded AIGaN films. Low specific contact resistance is studied on the polarization-doped A1GaN/GaN heterojunctions by using the transmission line method （TLM）. The sheet density of polarization-doped A1GaN/GaN heterojunction is 6 × 10 14 cm-2 at room temperature. The linearly graded material structure is demonstrated by X-ray diffraction. The cartier concentration and mobility are characterized by a temperature-dependent Hall measurement. Multiple-layer metal （Ti/A1/Ti/Au） is deposited and annealed at 650 ℃ to realize the Ohmic contacts on the graded A1GaN/GaN heterojunctions.     

AlGaN/GaN HEMT器件电流坍塌和膝点电压漂移机理的研究

考虑了势垒层、缓冲层体陷阱及表面电荷的浓度变化对电流坍塌和膝点电压的影响,发现表面电荷和势垒层体陷阱浓度的变化对沟道电子的浓度影响较小,表面电荷浓度变化下的膝点电压的偏移和坍塌强度的大小与势垒层势阱能量的变化有着主要的关系.缓冲层有着比势垒层更强的局域作用,势垒层和缓冲层的体陷阱浓度在一定范围变化时的膝点电压偏移主要是由沟道电子浓度的变化而引起的,但偏移量却比表面电荷浓度变化的情况下小很多.势阱能量的变化是造成膝点电压偏移的重要原因,坍塌强度主要取决于势阱能量和沟道的电子浓度. 关键词： AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 电流坍塌 膝点电压 陷阱俘获