高κ疊柵AlGaN-GaN MOS-HEMT器件特性研究.pdf

1、GaN基HEMT器件相比前兩代半導(dǎo)體材料具有大的禁帶寬度、高的擊穿電場(chǎng)、高電子遷移率等優(yōu)勢(shì)，在高溫、高頻大功率應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出了極大的潛力，成為了近年半導(dǎo)體領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但AlGaN/GaN HEMT器件仍存在諸如柵泄漏電流大、電流崩塌及擊穿特性不理想等問(wèn)題，制約了其商業(yè)化進(jìn)程。
　　為減小柵泄漏電流，MOS結(jié)構(gòu)被引入到HEMT器件中。隨著器件特征尺寸不斷縮小，柵氧化層厚度的減小引起的量子隧穿效應(yīng)已經(jīng)不能忽略，導(dǎo)致柵泄漏電流急劇增

2、大，通過(guò)采用高κ材料作為柵介質(zhì)的GaN HMET器件具有很好的高頻特性，并能減小柵泄漏電流，成為了近年發(fā)展的趨勢(shì)。
　　本文的研究課題為高κ疊柵AlGaN/GaN MOS-HEMT器件的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化?；贗SE-TCD仿真平臺(tái)建立的的器件模型，對(duì)AlGaN/GaN MOS-HEMT器件的性能優(yōu)化和耐壓特性兩方面內(nèi)容展開(kāi)研究，主要研究結(jié)果如下：
　　1.首先研究了引入MOS結(jié)構(gòu)對(duì)AlGaN/GaN HEMT器件性能的影響，并

3、分析了不同柵介質(zhì)厚度和高κ疊柵結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的影響。結(jié)果表明，MOS結(jié)構(gòu)可以減小傳統(tǒng)肖特基柵低導(dǎo)通電壓引起的大柵極泄漏電流，但是柵控能力出現(xiàn)了下降，而減小氧化層厚度能夠提高器件的跨導(dǎo)、柵控能力，并改善閾值電壓負(fù)漂程度；高κ疊柵結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提高柵極調(diào)制能力，使器件獲得更大的跨導(dǎo)，改善器件的頻率特性。
　　2.研究了高κ疊柵AlGaN/GaN HEMT器件的擊穿特性，結(jié)果表明高κ疊柵結(jié)構(gòu)能改善器件的擊穿特性。基于高κ疊柵HEMT分析

4、了不同物理參數(shù)對(duì)器件擊穿特性的影響：柵漏間距的增大可以逐漸展寬電場(chǎng)峰值，提高器件的擊穿電壓；溝道Al組分的摻雜能夠提高電子溝道的禁帶寬度，因此改善了器件擊穿特性；而陷阱電荷的存在會(huì)在漏極產(chǎn)生電場(chǎng)峰值，削弱柵邊緣電場(chǎng)峰值，最終會(huì)導(dǎo)致漏極處先發(fā)生擊穿。
　　3.通過(guò)在高κ疊柵HEMT上添加場(chǎng)板來(lái)改善器件擊穿特性，并對(duì)場(chǎng)板的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了器件擊穿電壓達(dá)到最大時(shí)最優(yōu)的場(chǎng)板長(zhǎng)度和鈍化層厚度；在此基礎(chǔ)上，研究了雙層?xùn)旁磸?fù)合場(chǎng)板結(jié)構(gòu)