高k柵介質(zhì)AIGaN-GaN MOS-HEMT器件特性研究.pdf

1、高性能AlGaN／GaN HEMT器件在高溫、微波大功率應(yīng)用上擁有明顯的優(yōu)勢,然而AlGaN／GaN異質(zhì)結(jié)HEMT器件仍然存在著界面缺陷、柵泄漏電流較大和電流崩塌效應(yīng)等問題,嚴(yán)重限制了高頻、大功率及高溫可靠性。
　　 為了解決這一問題,人們在采用SiO2、Si3N4作為柵絕緣層介質(zhì)的MOS-HEMT器件取得了很大的進(jìn)展。然而由于器件尺寸不斷縮小,為保持器件良好的性能,柵介質(zhì)層厚度也需要相應(yīng)減小,由此帶來的量子隧穿效應(yīng)導(dǎo)致柵泄漏電

2、流增加,器件功耗增大,可靠性變差,于是,采用高介電常數(shù)的材料作為柵介質(zhì)成為發(fā)展的趨勢,采用高k柵介質(zhì)可以在保持柵電容不變的同時(shí),增加?xùn)沤橘|(zhì)層的物理厚度,從而能夠有效減小柵漏電流,改善器件的性能。
　　 本文首先對(duì)高k柵介質(zhì)AlGaN／GaN MOS-HEMT器件進(jìn)行了仿真特性分析,通過MOSHEMT與常規(guī)的肖特基柵器件的對(duì)比,MOS結(jié)構(gòu)能夠使器件獲得更大的飽和電流,更高的截止頻率,但柵介質(zhì)的插入會(huì)影響柵控能力,即引起器件跨導(dǎo)下降

3、和閾值電壓負(fù)方向移動(dòng)。
　　 在此基礎(chǔ)上,作者還研究了相同結(jié)構(gòu),不同介質(zhì)層厚度、不同介電常數(shù)材料以及溫度對(duì)MOS—HEMT器件的特性影響,結(jié)果表明,氧化層厚度的減小可以改善器件的閾值電壓負(fù)漂,提高器件的跨導(dǎo),增強(qiáng)柵控能力；高介電常數(shù)材料的使用轉(zhuǎn)化為更有效的柵調(diào)制效應(yīng),使高介電常數(shù)柵介質(zhì)MOS-HEMT獲得了更大的器件跨導(dǎo)和閾值電壓的正向移動(dòng)；溫度的升高使器件的飽和電流和跨導(dǎo)發(fā)生明顯退化,但閾值電壓有微小的正方向移動(dòng)。