增强型AlGaN/GaN HEMT器件中子位移损伤效应研究

采用能量为14 MeV的中子对增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件进行了最高注量为3×10^(14)n/cm^(2)的位移损伤辐照实验。实验结果表明:当中子注量不大于3×10^(14)n/cm^(2)时,器件转移特性曲线向左发生不同程度漂移,曲线斜率增大,阈值电压轻微变化,栅特性不受辐照注量影响,而跨导峰值和关态泄露电流有所改善。此外,不同注量的中子辐照后,器件的饱和漏极电流呈现出下降趋势,且中子注量越大,漏极电流退化越明显。结果分析可知,中子辐照产生的新型位移缺陷影响了沟道二维电子气的迁移率和极化电荷密度,从而导致器件电学特性改变。与此同时,室温退火过程中发现器件特性有部分恢复,归因于辐照产生的缺陷在常温下不太稳定,与其他间隙原子发生复合,缺陷得以消除。

嵌入分段半超结的p-栅增强型垂直GaN基HFET

元胞面积相同的增强型垂直GaN/AlGaN异质结场效应管比横向HFET能承受更高的电压和更大的电流,适用于大功率领域,但在耐压时漂移区场强峰值高而容易提前击穿。提出了一种嵌入分段半超结的增强型垂直HFET,利用p型掺杂GaN栅和p+型掺杂GaN电流阻挡层抬高GaN/AlGaN异质结导带至费米能级之上,在栅压为0时夹断异质结的2DEG沟道,实现增强功能;在漂移区两侧插入2段p-GaN柱,形成p/n/p型离散半超结,改善电场均匀性。采用Silvaco TCAD软件模拟了Al组份、CBL浓度、p-GaN柱的宽度和厚度等参数对器件性能的影响。结果表明,相比于包含普通半超结的HFET,器件的击穿电压提升了8.67%,静态品质因数提升了11.25%,导通延时缩短了16.38%,关断延时缩短了3.80%,可为设计高性能HFET提供新思路。

不同偏置下增强型AlGaN/GaN HEMT器件总剂量效应研究

氮化镓功率器件凭借优异性能被抗辐照应用领域重点关注,为探究氮化镓功率器件抗γ射线辐照损伤能力,明确其辐射效应退化机制,针对增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)器件开展不同偏置(开态、关态和零偏置)条件下的γ射线辐照与不同温度的退火试验,分析器件电学性能同偏置条件和退火环境之间的响应规律。结果表明:随着γ射线辐照剂量的增加,器件阈值电压负漂,跨导峰值、饱和漏电流和反向栅泄漏电流逐渐增加,且在开态偏置条件下器件的电学特性退化更加严重;此外,高温环境下退火会导致器件的电学性能恢复更加明显。分析认为γ射线辐照剂量越高,产生的辐照缺陷越多,同时栅极偏压会降低辐照引发的电子-空穴对的初始复合率,逃脱初始复合的空穴数量增多,进一步增加了缺陷电荷的浓度;而高温环境会导致器件发生隧穿退火或热激发退火,有助于器件性能恢复。氮化镓功率器件的辐照损伤过程及机理研究,为其空间环境应用的评估验证提供了数据支撑。

增强型Cascode结构氮化镓功率器件的高能质子辐射效应研究

针对增强型共栅共源(Cascode)级联结构和耗尽型AlGaN/GaN功率器件,利用60 MeV能量质子开展辐射效应研究.获得了经质子辐照后器件电学性能的退化规律,并与常规耗尽型HEMTs器件辐照后的电学性能进行了比较,发现增强型Cascode结构器件对质子辐照更加敏感,分析认为级联硅基MOS管的存在是其对质子辐照敏感的主要原因.质子辐照使硅基MOS管栅氧化层产生大量净的正电荷,诱导发生电离损伤效应,使其出现阈值电压负向漂移及栅泄漏电流增大等现象.利用等效(60 MeV能量质子,累积注量1×10^(12)p/cm^(2))剂量的^(60)Coγ射线辐射器件得到电离损伤效应结果,发现器件的电学性能退化规律与60 MeV能量质子辐照后的退化规律一致.通过蒙特卡罗模拟得到质子入射在Cascode型器件内诱导产生的电离能损和非电离能损,模拟结果表明电离能损是导致器件性能退化的主要原因.

一种电介质/P-AlGaN叠栅增强型HEMT

为提高器件的阈值电压,提出了一种带电介质/P-AlGaN叠栅结构的增强型AlGaN/GaN HEMT。分析了器件阈值电压提高的机理,优化了电介质的介电常数和厚度。结果表明,该增强型AlGaN/GaN HEMT的阈值电压高达8.6V。这个很高的阈值电压值能满足功率电子系统的安全性需要。

蓝宝石衬底上槽栅型X波段增强型AlGaN/GaN HEMT

研制了一款X波段增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。在3英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上采用低损伤栅凹槽刻蚀技术制备了栅长为0.3μm的增强型AlGaN/GaN HEMT。所制备的增强型器件的阈值电压为0.42 V,最大跨导为401 mS/mm,导通电阻为2.7Ω·mm。器件的电流增益截止频率和最高振荡频率分别为36.1和65.2 GHz。在10 GHz下进行微波测试,增强型AlGaN/GaN HEMT的最大输出功率密度达到5.76 W/mm,最大功率附加效率为49.1%。在同一材料上制备的耗尽型器件最大输出功率密度和最大功率附加效率分别为6.16 W/mm和50.2%。增强型器件的射频特性可与在同一晶圆上制备的耗尽型器件相比拟。

干法刻蚀和氢等离子体处理制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT特性

增强型p-GaN栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅与源漏之间的沟道特性对器件性能具有重要的影响。在同一晶圆衬底上,采用干法刻蚀和氢等离子体处理栅与源、漏之间的p-GaN,制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT。对器件静态、动态特性和栅极漏电特性进行研究,采用两种方法制备的器件均具有较高的击穿电压(>850 V@10μA/mm)。通过氢等离子体处理制备的器件的方块电阻较大,导致输出电流密度较低,在动态特性和栅极漏电方面具有明显的优势,氢等离子体处理技术提高了界面态的缺陷激活能,从而实现了较低的栅极反向漏电。

增强型AlGaN/GaN MIS-HEMTs器件的质子辐照效应

利用70 keV和140 keV质子辐照增强型AlGaN/GaN绝缘栅高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs),得到了最大饱和电流线密度、阈值电压及栅泄漏电流线密度等关键参数的退化规律,并与常规HEMTs器件的辐照退化行为进行了比较,并通过SRIM计算结果和C-V测试结果进一步分析了MIS-HEMTs的退化机制。结果表明,质子辐照在栅介质层和栅介质/AlGaN界面引入的辐照缺陷会导致界面态充/放电效应,使阈值电压正向漂移;辐照缺陷增加了电子穿越势垒的概率,导致栅极泄漏电流线密度增大;2维电子气(2DEG)沟道层产生的辐照缺陷俘获电子,导致2DEG密度降低,使饱和漏电流线密度降低。与常规肖特基栅器件相比,栅介质的存在使器件对质子辐照更为敏感。结合仿真计算结果可知,器件中低能质子的非电离能损区接近2DEG沟道层,是导致低能质子辐照对器件损伤更为严重的主要原因。通过变频电容分析发现,质子辐照后器件界面电荷密度增加,并引入了大量深能级缺陷。

增强型AlGaN/GaN HEMT势垒层优化设计

为研究Al_xGa_(1-x)N势垒层的厚度和Al组分变化对增强型HEMT器件电学特性的影响,文中使用ATLAS软件,利用二元有限元方法,设计了带AlGaN缓冲层的P-GaN栅增强型AlGaN/GaN HEMT的基本结构,提取了器件势垒层厚度和Al组分渐变时的电学特性,仿真结果得出器件的势垒层厚度范围为取15~20 nm,Al组分范围取0.2~0.25时器件特性最优。

基于增强型GaN HEMT的半桥开关电路设计与测试

为了进一步提高现有功率变换系统的开关频率,采用增强型GaNHEMT器件设计出适用于高速开关控制的半桥开关电路。该半桥开关电路采用新型栅驱动电路,实现增强型GaNHEMT器件的高速控制,进而实现开关速度的提升。将该半桥开关电路用于一种48V转12V的高效DC/DC电源变换系统中,测试结果表明该半桥开关电路的开关频率超过600KHz,半桥驱动电流为10A,验证了所提出驱动方法的有效性。

增强型GaN HEMT凹槽栅刻蚀技术研究进展

氮化镓高电子迁移率晶体管（GaNHEMT）在材料生长和工艺制备方面已取得了巨大的进展，但增强型器件的制备仍是限制其广泛使用的重要原因。归纳了目前制备增强型器件的几种方法：P型栅、F离子注入、凹槽栅、薄势垒层和共源共栅技术等，分析了采用凹槽栅结构实现增强型器件的原理及用于刻蚀凹槽的几种干法刻蚀技术。此外，讨论了目前实现凹槽栅的多种方法：A1N阻挡层、周期性等离子刻蚀、热氧化后湿法腐蚀、光辅助的电化学腐蚀以及选择性生长等，并分析了这几种方法制作凹槽栅的原理和不足之处。在此基础上，对制备凹槽栅工艺提出几点突破方向，只有不断提高增强型器件性能，才能使氮化镓器件在射频和电力电子等领域拥有更大的发展空间和应用前景。

面向下一代GaN功率技术的超薄势垒AlGaN/GaN异质结功率器件

AlGaN/GaN异质结型功率电子器件具有高工作温度、高击穿电压、高电子迁移率等优点,在推动下一代功率器件小型化、智能化等方面具有很大的材料和系统优势。从5种实现增强型GaN基功率电子器件的方法入手,重点介绍了采用超薄势垒AlGaN(小于6 nm)/GaN异质结实现无需刻蚀AlGaN势垒层的GaN基增强型器件的物理机理和实现方法。同时介绍了在超薄势垒AlGaN/GaN异质结构上实现增强型/耗尽型绝缘栅高电子迁移率晶体管单片集成的研究进展,进一步论证了在大尺寸Si基AlGaN/GaN超薄势垒平台上同片集成射频功率放大器、整流二极管、功率三极管等器件的可行性,为Si基GaN射频器件、功率器件、驱动和控制电路的单片集成奠定了技术基础。

AlGaN合金的原子层沉积及其在量子点敏化太阳能电池的应用

本文探究了c面蓝宝石衬底上AlGaN三元合金的等离子增强原子层沉积生长,同时结合量子点敏化太阳能电池的制备,研究了AlGaN合金的作用.AlGaN三元合金在原子层沉积过程中,薄膜与衬底的界面以及带隙都与Al组分有关.高Al组分时,AlGaN合金薄膜与衬底之间有较好的界面,然而Al组分降低时,界面变得粗糙.原子层沉积制备的AlGaN合金具有较高的带隙,与薄膜内的氧含量有关.随后,将AlN/GaN循环比例为1∶1的AlGaN薄膜分别制备CdSe/AlGaN/ZnS和CdSe/ZnS/AlGaN结构电池并进行了量子点太阳能电池的制备和分析.结果发现,AlGaN对量子点和TiO2有修饰钝化作用,可以包裹和保护TiO2和CdSe量子点结构,从而避免了光生载流子的复合.这种修饰作用也体现在改善量子点太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子和光电转化效率方面,尝试从原子层沉积制备的AlGaN薄膜在改变载流子传输方面进行讨论.

苏州纳米所在增强型GaN HEMT器件研究方面取得进展

由于GaN具有大禁带宽度、高电子迁移率、高击穿场强等优点,GaN HEMT成为新一代功率器件研究的热点。由于极化作用,AlGaN/GaN异质结界面会形成高浓度的二维电子气,浓度可达到1013/cm2量级,因此一般的GaN HEMT都是耗尽型器件。

中科院苏州纳米所增强型GaN HEMT器件研究获进展

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的研究人员提出了一种新的实现增强型P—GaN栅结构AlGaN／GaNHEMT（高电子迁移率晶体管）的工艺技术——H等离子体钝化P—GaN技术。据悉，该技术通过H等离子体将P-GaN中的浅能级受主杂质Mg钝化成Mg—H中性复合物。

质子辐照对场板AlGaN/GaN HEMT器件电特性的影响

分别采用3Me V和10Me V的质子对Ga N基HEMT(High Electron Mobility Transistor)器件进行辐照.实验发现:低注量辐照引起了体材料载流子浓度增加,高注量辐照引起了HEMT器件漏电流下降,跨导减小,阈值电压显著退化的结果.通过分析发现辐射感生受主缺陷引起的2DEG浓度降低是上述器件退化的主要原因.此外基于实验结果,采用辐射感生受主缺陷退化模型仿真并计算了HEMT器件主要参数随受主浓度的退化规律,仿真结果与实验结果有较好的一致性.本文实验结果也表明场板结构和Si N钝化层有效地阻止了电子陷落在表面态中,屏蔽了绝大部分的辐照损伤,是很有效的辐射加固手段.

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管大信号I-V特性模型(英文)

对非线性电流源Ids(Vgs,Vds)的准确描述是Al GaN/GaN HEMT大信号模型的最重要部分之一.Materka模型考虑了夹断电压与Vds的关系,其模型参数只有三个,但是Ids与Vgs的平方关系不符合实际,计算结果与测量数据有误差.我们在考虑了栅电压与漏电流的关系及不同栅压区漏电流随漏电压斜率改变的基础上,提出了改进的高电子迁移率晶体管(HEMT)的直流特性模型.采用这个模型,计算了Al GaN/GaN HEMT器件的大信号I-V特性,并与实际测量数据进行了比较.实验结果表明改进的模型更精确,Ids与Vgs的呈2.5次方的指数关系.

含GaN/AlGaN双异质结源极和半超结的增强型垂直HFET的静态特性

GaN/AlGaN异质结垂直型场效应晶体管(HFET)可用作大功率开关等,但性能受限于击穿电压(V_(B))与比导通电阻(R_(on,sp))的折衷,值得深入研发。本文构建了一种包含GaN/Al_(x1(x2))Ga_(1-x1(x2))N双异质结源极和(n)GaN/(p_(1(2)))Al_(x3(x4))Ga_(1-x3(x4))N/(n)GaN叠层异质半超结的增强型垂直HFET,利用Silvaco TCAD软件模拟了Al组份(x_(1),x_(2),x_(3),x_(4))、(p)AlGaN柱宽度、电流阻挡层浓度对器件静态性能的影响。结果表明,双异质结源极能产生更多的二维电子气(2DEG),改变x_(1)及x_(2)能提高器件的漏极电流密度(J_(DS))并降低R_(on,sp)。调节x_(3)及x_(4)可优化器件的载流子通道,降低R_(on,sp);改善漂移区的电场分布,提升V_(B)。相较于非均匀掺杂同质全超结垂直型HFET[DOI:10.1088/1674-1056/27/4/047305],本器件的R_(on,sp)降低39.33%,功率品质因数(FOM_(BR))提升46.15%,可为设计高性能HFET提供新方案。

基于AlGaN/GaN HEMT的X波段内匹配功率合成放大器的设计

利用内匹配和功率合成技术设计了X波段AlGaN/GaN HEMT功率合成放大器。电路包含有四个AlGaN/GaNHEMT和制作在Al2O3陶瓷基片上的输入输出匹配电路。在偏置条件VDS=30 V,IDS=700 mA时8 GHz测出连续波饱和输出功率达到Psat=40 dBm(10 W),最大PAE=37.44%,线性增益9 dB.

一个8GHz基于AlGaN/GaN HEMT的内匹配电路

论述了一个在8 GHz下基于AlGaN/GaN HEMT功率放大器HMIC的设计、制备与测试。该电路包含了1个10×100μm的AlGaN/GaN HEMT和输入输出匹配电路。在偏置条件为VDS=40 V、IDS=0.16 A时输出连续波饱和功率在8GHz达到36.5 dBm(4.5 W),PAE为60%,线性增益10 dB;在偏置条件为VDS=30 V、IDS=0.19 A时输出连续波饱和功率在8 GHz达到35.6 dBm(3.6 W),PAE为47%,线性增益9 dB。