AlGaN-GaN HEMT器件模型與熱效應(yīng)研究.pdf

1、GaN作為第三代半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱導(dǎo)率高以及電子飽和速度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高溫、高頻和大功率等領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外已對(duì)AlGaN/GaN HEMT器件在高溫大功率領(lǐng)域的潛能進(jìn)行了深入的發(fā)掘，但器件高溫性能退化原因尚未明朗。在此背景下，本論文通過(guò)變溫測(cè)試和三維有限元仿真的方法對(duì)器件性能退化進(jìn)行了研究。
　　首先，本文介紹了GaN材料的優(yōu)勢(shì)并闡述了AlGaN/GaN HEMT器件的工作原理，同時(shí)對(duì)器件展開(kāi)變溫測(cè)試

2、分析。研究表明，隨溫度從25℃上升至200℃的過(guò)程中，器件最大輸出飽和電流降幅為17％，最大跨導(dǎo)降幅達(dá)26.7%。對(duì)器件歐姆接觸變溫測(cè)試的結(jié)果表明，器件源漏歐姆接觸電阻并未隨溫度的升高而明顯退化，進(jìn)一步分析認(rèn)為，器件2DEG遷移率隨溫度的升高而下降，是導(dǎo)致器件性能高溫退化的主要原因。
　　其次，本文測(cè)試了AlGaN/GaN HEMT器件柵極肖特基接觸在25℃~200℃溫度范圍內(nèi)的電流電壓(I-V)特性并研究了其高溫退化原因?；趯?duì)

3、多種電流輸運(yùn)機(jī)制的分析，利用分離電流分量法，研究發(fā)現(xiàn)，由多步遂穿機(jī)制引起的遂穿電流在肖特基接觸正向電流中起主導(dǎo)作用，同時(shí)基于遂穿位錯(cuò)模型，提取到器件位錯(cuò)密度為1.88×107cm-2；肖特基接觸反向泄漏電流可用Frenkel-Poole模型描述，分析發(fā)現(xiàn)AlGaN勢(shì)壘層導(dǎo)帶下0.27eV處存在陷阱能級(jí)，可輔助電子遂穿。通過(guò)電容電壓(C-V)測(cè)試的方法，提取了異質(zhì)結(jié)界面態(tài)密度，對(duì)器件異質(zhì)結(jié)界面處的陷阱效應(yīng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，隨溫度的升高

4、，器件異質(zhì)結(jié)處并未產(chǎn)生新陷阱，但原有陷阱的活性得到增強(qiáng)，俘獲更多電子，致使器件特性退化。
　　最后，本文對(duì)多柵指大柵寬AlGaN/GaN HEMT器件進(jìn)行了三維熱仿真分析，研究了器件結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)溝道溫度的影響，并提出了熱優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。研究表明，襯底應(yīng)選用熱導(dǎo)率較高的SiC材料，器件溝道溫度隨襯底厚度、柵指?jìng)€(gè)數(shù)的增大近似線性增大，隨柵指間距的增大近似二階減小。本文通過(guò)對(duì)變柵指間距AlGaN/GaN HEMT結(jié)構(gòu)的仿真分析，得到各柵指間