GaN MOSFET器件特性計算機模擬分析與研究.pdf

1、GaN MOSFET器件在高溫、高頻、大功率等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，受到越來越多關(guān)注，目前對該器件的研究正處于起步階段。對于n-GaN MOSFET器件，實驗上的文章相對較少，制約其性能的主要因素是襯底p型摻雜和柵介質(zhì)/GaN的界面質(zhì)量，本論文針對這兩個因素從GaN體材料的遷移率和界面態(tài)出發(fā)，以計算機模擬的角度對GaN MOSFET器件的基本特性進行了研究，這些研究包括：在新一代TCAD器件物理特性仿真工具Sentaurus軟件的基礎(chǔ)

2、上，對器件模擬的物理模型進行修正，建立了新的經(jīng)過實驗驗證的模型，利用新的物理模型模擬GaN MOSFET的直流特性，溫度特性以及交流特性。研究的結(jié)果如下： (1)使用目前最新的實驗數(shù)據(jù)，對GaN材料的禁帶寬度，介電常數(shù)等材料參數(shù)進行了修正，對器件物理特性模擬中使用的復(fù)合模型，非完全電離模型等物理模型進行完善，通過實驗擬合的方法得到了GaN的低場遷移率，界面遷移率以及高場遷移率模型的修正表達形式。 (2)與文獻的實驗數(shù)據(jù)對

3、比，分析室溫GaN MOSFET器件的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性，結(jié)果表明模擬中使用的模型能夠正確描述GaN器件的物理特性，并且通過對柵長，氧化層厚，溝道摻雜，電極間距以及界面態(tài)的討論，分析器件結(jié)構(gòu)設(shè)計中的技術(shù)關(guān)鍵，結(jié)果認為GaN MOSFET在柵長小于0.7μm時器件的短溝效應(yīng)明顯，在優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)下，預(yù)測器件的閾值電壓在1V左右，飽和漏電流達到mA/μm量級，跨導(dǎo)值為26mS/mm量級。 (3)利用文獻實驗數(shù)據(jù)，驗證了器件物理模型對

4、高溫GaN MOSFET的器件描述的正確性，分析討論在300K到800K溫度范圍內(nèi)，器件轉(zhuǎn)移特性以及輸出特性對溫度的響應(yīng)，得出導(dǎo)致器件性能衰退的主要因素是遷移率以及載流了飽和漂移速度隨溫度的變化。對應(yīng)我們分析的器件結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明溫度300K到800K變化時引起器件的飽和漏電流和跨導(dǎo)的變化幅度分別為50％和58％，但在800K時依然能夠達到0.39mA/μm飽和漏電流以及10mS/mm跨導(dǎo)，確定器件的零溫度系數(shù)點在1.4V。 (4