具有场板结构GaN HEMT电场分布解析模型

基于具有场板结构GaN HEMT器件物理和基本器件方程,导出了器件加场板前后表面电场分布和峰值电场解析模型。当场板长度LFP与绝缘层厚度tox最优时,GaN HEMT栅极边缘电场峰值可降低至未加场板时的22%;若保持峰值电场恒定,则其漏端电压可由没有场板时的50V提高到加场板后的225V,增幅高出4倍。该解析模型所导出的电场分布与国外新近发表的源于器件方程和经验公式的模拟和实验结果基本吻合,为GaN HEMT器件场板设计提供了理论依据。

非故意掺杂GaN上Ti/Al/Ni/Au欧姆接触研究

基于圆形传输线模型,研究了背景载流子浓度为71016cm3的非故意掺杂GaN与Ti/Al/Ni/Au多层金属之间欧姆接触的形成。样品在N2气氛中,分别经过温度450,550,700,800,900℃的1 min快速热退火处理后发现,当退火温度高于700℃欧姆接触开始形成,随着温度升高欧姆接触电阻持续下降,在900℃时获得了最低比接触电阻6.6106O·cm2。研究表明,要获得低的欧姆接触电阻,需要Al与Ti发生充分固相反应,并穿透Ti层到达GaN表面;同时,GaN中N外扩散到金属中,在GaN表面产生N空位起施主作用,可提高界面掺杂浓度,从而有助于电子隧穿界面而形成良好欧姆接触。

蓝宝石上GaN基多层膜结构椭偏研究

对InN/GaN/Al2O3和Ga2O3/GaN/Al2O3多层膜结构进行了椭圆偏振光谱研究。所有GaN样品均采用MOCVD工艺在蓝宝石(Al2O3)衬底上生长所得。应用多层介质膜模型,在300～800nm测试波长范围内拟合得到了样品各层厚度和折射率色散关系,并与GaN单层膜色散关系相比较,分析了各层膜之间对自身折射率的影响。研究结果表明,InN和Ga2O3表面均存在一个粗糙层,采用有效介质近似模型可使拟合结果更为准确;相对于GaN单层膜结构,InN薄膜使其下面的GaN层折射率明显增大,这应与界面层态密度有关;而在300～400nm测试范围内,Ga2O3折射率出现反常色散现象,InN消光系数亦产生了一个强的吸收峰,这则可能与GaN层在360nm左右存在的一个强吸收(Eg≈3.4eV)有关。

优化场板GaN HEMT沟道电子温度分布抑制电流崩塌

基于带场板GaN HEMT器件物理模型和电流崩塌效应机理,通过仿真优化场板结构参数调制沟道中二维电子气温度分布,以达到抑制器件电流崩塌目的。研究表明,优化场板长度及绝缘层厚度能有效降低沟道电子峰值温度。对于外加源漏电压为100V,栅长0.5μm,栅漏间距2μm的GaN HEMT器件,获得了场板长度与绝缘层厚度优值分别为1μm和0.5μm,其沟道电子峰值温度比无场板时下降了47%。并研究确定了场板长度优值与栅漏距以及绝缘层厚度与漏压的数学关系模型。

GaN基热氧化物的XPS和椭偏光谱研究

采用X射线光谱仪(XPS)和椭偏测试仪(SE)对GaN材料干氧氧化所得氧化物薄膜的组分、厚度、光学常数等物理特性进行了研究。当氧化温度为900℃、氧化时间为15～240min时,XPS测试结果表明,所得氧化物类型为Ga2O3,且由于大量O空位的存在,其表面Ga/O比率约为1.2。SE测试结果表明,GaN线性氧化速率约为40nm/h,呈抛物线生长,最终平均氧化速率约为25nm/h。在300～800nm测试范围内,Ga2O3折射率为1.9～2.2,与文献测试结果相符。但在300～400nm测试范围内存在反常色散现象,这与GaN在此波段的强吸收有关。

线性化AlGaN/GaN HEMT费米能级与二维电子气密度关系的解析模型

通过化简复杂非线性的费米能级EF与二维电子气密度ns关系,并利用化简后函数的一阶泰勒多项式建立了线性化AlGaN/GaN HEMT中EF与ns关系的解析模型。该模型可以根据二维电子气密度ns的范围及温度计算EF与ns非线性关系之线性近似的参数斜率a和截距EF0。计算结果表明,所述模型的线性EF-ns计算结果对非线性精确解近似效果较好,且基于该模型计算的ns-VG曲线与实验数据符合良好。

一种带有背电极的高耐压AlGaN/GaN RESURF HEMT

针对常规AlGaN/GaN RESURF高电子迁移率晶体管(HEMT)中由于沟道电场分布不均匀而导致击穿电压过低的问题,提出一种带背电极的新型AlGaN/GaN RESURF HEMT结构。该背电极通过感应诱生负电荷调制器件沟道处的电力线分布,使栅漏之间的沟道横向电场分布更加均匀,从而提升器件击穿电压。仿真结果表明,对于栅漏间距为6μm的器件,背电极的引入使器件击穿电压得到显著提升(从1 118V增至1 670V),同时对器件导通电阻几乎没有影响(从0.87mΩ·cm2增至0.88mΩ·cm2)。研究结果为高耐压大功率AlGaN/GaN HEMT设计提供了一种新思路。

GaN基多层结构椭偏测试模型优化和光谱研究

利用椭圆偏振测试仪,对n+AlGaN/n-AlGaN/超晶格(SL)/AlN/蓝宝石多层复杂结构的椭偏测试方法进行了研究,其中SL层为AlGaN/GaN多层量子阱结构,将其简化为单层处理。通过改变测试条件进行多次测量,分析了结构模型、算法模型及不同入射角度对测试结果的影响,得到了最优测试结构模型和算法模型:粗糙度层(有效介质近似EMA模型)/n+AlGaN(柯西Cauchy模型)/n-AlGaN(Cauchy)/SL(EMA)/AlN(Cauchy)/蓝宝石。选择55°为入射角,在300～800nm波长测试得到了各层膜厚和光学常数谱。结果表明,椭偏测试所得各层膜厚度与工艺给出数据相符,但SL层厚度相对而言有较大偏差,这与其结构复杂性有关,尚待进一步研究。各层折射率色散关系正常,n+AlGaN层折射率与n-AlGaN层折射率相比偏小,这与其较高浓度和较大损伤有关。

聚乙烯醇增敏荷移反应分光光度法测定烟碱

聚乙烯醇对烟碱与2,4-二硝基苯酚的荷移反应配合物的光吸收有显著的增强作用,据此建立了一种分光光度法测定烟碱的新方法。研究了酸度、试剂等多种因素对测定的影响。在最佳实验条件下,测定烟碱的线性范围为2.0—60.0mg/L,相关系数r=0.9969,检出限为0.85mg/L。本方法测定烟草中的烟碱含量,回收率为98.3%—105.6%。

一种带有极化掺杂电流阻挡层的垂直AlGaN/GaN HFET

针对传统垂直GaN基异质结场效应晶体管中,由于GaN电流阻挡层内p型杂质激活率低而导致的漏电问题,提出了一种使用AlGaN极化掺杂电流阻挡层的垂直GaN基异质结场效应晶体管结构。在AlGaN极化掺杂电流阻挡层中,通过Al组分渐变而产生的极化电场来提升p型杂质激活率,能更加有效地抑制截止状态下通过极化掺杂电流阻挡层的泄漏电流,从而提升器件的耐压能力。此外,极化掺杂电流阻挡层内空穴浓度的增大会降低器件导通电阻,但由于极化掺杂电流阻挡层与n-GaN缓冲层之间形成的二维电子气会阻挡耗尽层向缓冲层内的扩展,极化掺杂电流阻挡层的使用对器件导通电阻几乎没有影响。

GaN基HEMT器件的表面陷阱电荷输运过程实验研究

基于特制的无台面AlGaN/GaN HEMT,设计了一种实验方法,用以研究AlGaN/GaN外延表面陷阱态间的电荷输运过程。经实验证实,在器件电流崩塌效应中,存在表面陷阱电荷输运,并确定了相关时间常数。针对应力后电流崩塌驰豫过程,实验监测到小于0.1 s和大于10 s两类时间常数,其中较大的常数对应于表面陷阱电荷的输运过程。此结论可望用于对AlGaN/GaNHEMT电流崩塌效应进一步的理论探索和相关的器件研究。

基于双肖特基接触GaN薄膜特性参数测试新方法

提出了一种 Ga N薄膜电学参量测试新方法 .该方法基于双肖特基结二极管结构 ,利用非对称的电极图形获取整流特性 ,从而省去了复杂的欧姆接触形成工艺 ,可方便地导出电子电导迁移率和肖特基接触理想因子等特征参数 .对残留载流子浓度为 7× 10 1 6 cm- 3的非故意掺杂 Ga N薄膜进行了试验 ,新方法得到 Ni/Au- Ga N肖特基接触的理想因子为 2 .8,Ga N薄膜方块电阻为 4 91Ω 和电子电导迁移率为 6 0 6 cm2 /(V· s) .这些典型参数与利用欧姆接触实验和普通 Ni/Au- Ga N肖特基二极管测试所得结果较为吻合 .该方法为半导体薄膜测试提供了新思路 ,可推广用于难以形成良好线性欧姆接触或材料特性受欧姆接触工艺影响较大的外延材料及其金半接触的监测研究 .

AlGaN/GaN HEMT栅阶跃脉冲响应实验研究

通过对AlGaN/GaN HEMT漏极电流栅阶跃脉冲响应实验测试,发现栅脉冲相同时,HEMT开启时间在线性区随VDS增加而增加,而在饱和区随VDS增加而减小;在VDS一定时,器件开启时间随栅脉冲低电平的降低而增加。基于表面态电子释放过程与ID、VDS和阶跃脉冲之间关系的分析,提出了用快电子与慢电子释放两种过程来解释表面态电子弛豫,并建立漏极电流响应过程拟合算式。拟合得到与快、慢电子释放相关的时间常数分别为τ1=0.23s、τ2=1.38s,且拟合曲线与实验结果的最大误差不超过测试值的3%。该研究结果有助于电流崩塌机理的进一步探索。

GaN基HEMT器件的表面陷阱充电效应研究

设计了一种实验方法用以研究AlGaN/GaN外延表面陷阱充电效应对于薄膜电阻的影响,该效应与GaN基HEMT电流崩塌现象直接相关。测量获得了AlGaN/GaN异质结结构薄膜电阻在周期栅脉冲信号下的变化规律。薄膜电阻在低频区域对脉冲频率十分敏感,而在高频时出现饱和。当信号频率足够高时(≥4kHz),AlGaN/GaN薄膜将呈现高阻,器件关断,说明二维电子气已被表面陷阱电荷耗尽。该实验为研究表面陷阱与电流崩塌效应的关系提供了新的证据。

GaNHEMT栅源与栅漏表面态与电流崩塌相关性探讨

基于实验测试数据,综合分析了栅源、栅漏串联电阻增大后电流崩塌I-V曲线变化差异。研究表明:在脉冲测试条件下,RS增大,栅下沟道开启程度减弱,漏电流ID变小;RD增大,栅下沟道漏端等效漏电压减小,膝电压VKNEE变大。该实验结果可望通过RD与RS表征研究导致GaNHEMT电流崩塌的表面态变化。

GaN基HEMT电流崩塌现象相关的表面陷阱效应

采用脉冲测试方法研究了与GaN基HEMT电流崩塌相关的表面陷阱效应。对特制的无台面器件进行的实验证实了表面陷阱之间存在输运过程。数据表明,当栅应力持续时间足够长时,被充电的表面陷阱会达到某种稳态。该稳态是包含了陷阱俘获与释放过程的动态平衡态。

增强型GaN绝缘栅HEMT线性电荷控制解析模型

基于MIS理论和含极化的泊松方程,应用费米能级与二维电子气密度线性近似,并考虑计入了绝缘体/AlGaN界面的陷阱或离子电荷,导出建立了适用于增强型且兼容耗尽型AlGaN/GaN绝缘栅HEMT的线性电荷控制解析模型。研究表明,Insulator/AlGaN界面陷阱密度在1013cm-2数量级;基于该模型的器件转移特性的理论结果与器件的实测转移特性数据比较符合。该模型可望用于器件性能评估和设计优化。

改进的AlGaN/GaN HEMT小信号参数提取算法

制作了截止频率ft和最高震荡频率fmax分别为46.2和107.8 GHz的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管,并针对该器件建立了包含微分电阻Rfd和Rfs在内的18元件小信号等效电路模型;在传统的冷场条件提取器件寄生参数的基础上,通过对不同栅压偏置下冷场Z参数进行线性插值运算,可消除沟道分布电阻和栅极泄漏电流对寄生电阻的影响;再利用热场S参数对寄生参数部分进行去嵌,可提取得到本征参数。分析表明,此模型和算法提高了模型拟合精度,S参数的仿真结果与测试数据在200MHz到40GHz的频率范围内均符合很好,误差不到2%。

直流大电压下 GaN HEMT电流崩塌效应探索

基于GaN HEMT器件物理和实验分析测试结果,提出了一种GaN电流崩塌效应的新物理模型.研究表明,在大漏极电压条件下,沟道电子易于注入到GaN缓冲层中,并被缓冲层中的陷阱所俘获,耗尽二维电子气,从而导致电流崩塌效应.该模型描述了电流崩塌效应与缓冲层中陷阱的相互关系,并获得了电流崩塌前后迁移率与二维电子气浓度乘积的归一化值.该结果可望用于GaN HEMT器件进一步的理论探讨和实验研究.

栅脉冲下AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究

源于AlGaN/GaNHEMT器件的大量测试分析发现,栅脉冲条件下漏极电流比直流情况下减小了47%;随着信号频率的改变,漏极电流按μnCoxW[α+(0.13+0.64f)VGS+(0.13+0.32f)VGS2](VGS-Vth)2/L的规律变化;脉冲信号宽度对漏电流崩塌影响较小.基于实验结果的理论分析认为,电子从栅极注入到栅漏之间并被表面态所俘获,在沟道中形成增加的耗尽层,使得沟道二维电子气浓度减小,从而导致形成电流崩塌效应的主要原因之一.该结论有助于AlGaNHEMT器件脉冲条件下电流崩塌效应理论解释和器件应用.