InAlN-GaN HEMT的直流特性及電流崩塌效應(yīng)研究.pdf

1、以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)、電子飽和速度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好以及抗輻射等優(yōu)良特性，非常適合制造高溫大功率及高頻電子器件。雖然AlGaN/GaN HEMT的研究取得了很大進(jìn)展，但仍然受到電流崩塌等可靠性問題的困擾，進(jìn)而制約了器件在高頻、大功率方面性能的進(jìn)一步提升。
　　近年來，InAlN作為一種新興材料引起廣泛關(guān)注，其與AlGaN材料最大區(qū)別是當(dāng)In組分約為17％時(shí)，InAlN勢(shì)壘層與GaN基板之

2、間的晶格匹配，因而消除了AlGaN/GaN HEMT中存在的應(yīng)力問題。然而高質(zhì)量InAlN外延層的生長(zhǎng)非常困難，這成為阻礙其發(fā)展和應(yīng)用的主要因素之一。目前關(guān)于InAlN/GaN HEMT的性能及可靠性的研究相對(duì)較少，國(guó)內(nèi)仍處于起步階段。本文對(duì)InAlN/GaN HEMT的直流特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，論文重點(diǎn)研究對(duì)器件可靠性有很大影響的電流崩塌現(xiàn)象。
　　首先，論文對(duì)InAlN/GaN HEMT在開態(tài)應(yīng)力和關(guān)態(tài)應(yīng)力兩種情況下的電流

3、崩塌現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在兩種應(yīng)力條件后，器件的飽和電流都出現(xiàn)了明顯的退化，而且仿真結(jié)果證明這些退化要經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間才能完全恢復(fù)；偏置電壓越大、偏置時(shí)間越長(zhǎng)，器件的電流崩塌程度越大。理論分析表明，關(guān)態(tài)應(yīng)力下器件電流崩塌的原因是高電場(chǎng)引入的柵極泄漏電流對(duì)柵源間靠近柵極附近的表面態(tài)充電，形成一個(gè)不受柵壓控制的虛柵，影響溝道2DEG面密度造成的，而開態(tài)應(yīng)力下對(duì)表面陷阱充電的電子主要來源于溢出導(dǎo)電溝道的熱電子。
　　其次，對(duì)器件進(jìn)行

4、了柵極脈沖條件下的電流崩塌測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，脈沖寬度對(duì)器件的電流崩塌量有重要影響。在周期一定的情況下，脈沖寬度越小，電流崩塌越明顯。分析結(jié)果表明，器件的表面態(tài)和勢(shì)壘層陷阱充放電速度跟不上輸入信號(hào)變化速度是器件在脈沖和RF信號(hào)條件下出現(xiàn)電流崩塌的主要原因。
　　最后，使用器件仿真軟件Silvaco Atlas軟件對(duì)InAlN/GaN HEMT的直流特性進(jìn)行模擬分析。模型考慮了自熱效應(yīng)、勢(shì)壘層厚度、In組分、柵極長(zhǎng)度等因素對(duì)器件性能