AlGaN-GaN HEMT短溝道效應(yīng)與耐壓新結(jié)構(gòu)探索.pdf

1、由于GaN材料具有寬帶隙、高飽和電子漂移速度、高臨界擊穿電場等優(yōu)秀特性，使AlGaN/GaN HEMT器件成為微波和功率領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在微波應(yīng)用領(lǐng)域，AlGaN/GaN HEMT器件為提高器件的電流增益截止頻率（?T）和功率增益截止頻率（?max）其主要手段是減小器件的柵極長度（Lg）。而隨著 Lg的過度縮小，將會引起器件越發(fā)嚴(yán)重的短溝道效應(yīng)（SCEs），最終導(dǎo)致器件的最大直流跨導(dǎo)（gm）下降、閾值電壓（Vth）負(fù)向漂移、輸出特性曲線

2、不飽和以及頻率柵長乘積（?T·Lg）下降，從而導(dǎo)致器件的電學(xué)性能和可靠性明顯退化。
　　首先，創(chuàng)新提出了一種抑制短溝道效應(yīng)的復(fù)合金屬柵AlGaN/GaN HEMT，該結(jié)構(gòu)借助柵極的金屬的功函數(shù)不同優(yōu)化柵極下方溝道電勢分布，從而使漏致勢壘降低（DIBL）效應(yīng)降低，緩解了SCEs。除此之外，溝道層中柵極金屬界面間存在的電場峰值使源極注入到柵極下方的電子加速，提高電子平均漂移速度，使最大輸出電流和直流跨導(dǎo)分別提高17％和10%，并使截止

3、頻率提高了14.8%。同時，還提出了一種具有復(fù)合柵介質(zhì)層的AlGaN/GaN MIS-HEMT，利用高低K柵介質(zhì)層使柵下溝道產(chǎn)生水平方向的電場峰值，可提高載流子的輸運(yùn)效率，而且低 K柵介質(zhì)可降低柵電容，最終使截止頻率提高了17%。
　　其次，為解決柵極漏邊沿電場集聚的問題以提高AlGaN/GaN HEMT的擊穿電壓，創(chuàng)新提出了具有復(fù)合勢壘層AlGaN/GaN HEMT。該結(jié)構(gòu)利用柵極與漏極間不同Al組分的AlGaN勢壘層材料，使柵

4、漏區(qū)域溝道2DEG分布成階梯形分布，形成LDD（low densit drain）結(jié)構(gòu)，可調(diào)制溝道電場分布使電場整體向漏區(qū)擴(kuò)展，研究表面其擊穿電壓提高了160%，器件優(yōu)值（FOM）提高了382%。同時，還提出了負(fù)離子注入鈍化層AlGaN/GaN HEMT，通過在柵漏間的鈍化層中注入負(fù)離子來耗盡柵漏間溝道區(qū)的部分二維電子氣（2DEG）以調(diào)制溝道電場分布，使器件擊穿電壓提高了91%。
　　最后，為滿足AlGaN/GaN HEMT在集成