重离子辐射对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管低频噪声特性的影响

采用^(181)Ta^(32+)重离子辐射AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管,获得器件在重离子辐射前后的电学特性和低频噪声特性.重离子辐射导致器件的阈值电压正向漂移、最大饱和电流减小等电学参数的退化.微光显微测试发现辐射后器件热点数量明显增加,引入更多缺陷.随着辐射注量的增加,电流噪声功率谱密度逐渐增大,在注量为1×10^(10)ions/cm^(2)重离子辐射后,缺陷密度增大到3.19×10^(18)cm^(-3)·eV^(-1),不同栅压下的Hooge参数增大.通过漏极电流噪声归一化功率谱密度随偏置电压的变化分析,发现重离子辐射产生的缺陷会导致寄生串联电阻增大.

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管解析模型

基于电荷控制理论 ,考虑到极化效应和寄生漏源电阻的影响 ,建立了能精确模拟AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管直流I V特性和小信号参数的解析模型 .计算表明 ,自发极化和压电极化的综合作用对器件特性影响尤为显著 ,2V栅压下 ,栅长为 1μm的Al0 .2 Ga0 .8N/GaNHEMT获得的最大漏电流为 1370mA/mm ;降低寄生源漏电阻可以获得更高的饱和电流、跨导和截至频率 .模拟结果同已有的测试结果较为吻合 ,该模型具有物理概念明确且算法简单的优点 ,适于微波器件结构和电路设计 .

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的可靠性

利用正向肖特基结结电压与温度的线性关系,对AlGaN/GaN HEMT器件有源区瞬态温升进行了测量,其热阻为19.6℃/W。比较了不同测温方法和外界环境对器件沟道温升的影响。并研究了栅极施加反向直流阶梯应力对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响,结果表明器件在应力作用下电学参数退化,大信号寄生源/漏极电阻RS/RD和栅源正向I-V特性在击穿后能得到恢复。AlGaN势垒层陷阱俘获电子和电子填充栅极表面态是器件参数退化的原因,表面态恢复是器件参数恢复的主要原因。

掺Fe高阻GaN缓冲层特性及其对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件的影响研究

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上制备了掺Fe高阻Ga N以及Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.对Cp_2Fe流量不同的高阻Ga N特性进行了研究.研究结果表明,Fe杂质在Ga N材料中引入的Fe^(3+/2+)深受主能级能够补偿背景载流子浓度从而实现高阻,Fe杂质在Ga N材料中引入更多起受主作用的刃位错,也在一定程度上补偿了背景载流子浓度.在一定范围内,Ga N材料方块电阻随Cp_2Fe流量增加而增加,Cp_2Fe流量为100 sccm(1 sccm 1mL min)时,方块电阻增加不再明显;另外增加Cp_2Fe流量也会导致材料质量下降,表面更加粗糙.因此,优选Cp_2Fe流量为75 sccm,相应方块电阻高达×10?/,外延了不同掺Fe层厚度的Al Ga N/Ga N HEMT结构,并制备成器件.HEMT器件均具有良好的夹断以及栅控特性,并且增加掺Fe层厚度使得HEMT器件的击穿电压提高了39.3%,同时对器件的转移特性影响较小.

基于凹槽结构抑制AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应

基于双脉冲技术,研究了GaN缓冲层陷阱对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应的影响.结果表明,栅边缘漏侧的电场峰值使得沟道电子跃迁至缓冲层,并被缓冲层中的陷阱俘获是造成电流崩塌的主要原因之一.提出了势垒层局部凹槽结构,降低了栅边缘漏侧的电场峰值,使电场分布更加均匀,改善了器件的电流崩塌效应.与传统AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构相比,新器件结构对电流崩塌效应的抑制作用至少提升了22.30%.

4H-SiC衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的研制

报道了在 4 H- Si C衬底上 Al Ga N/ Ga N高电子迁移率晶体管 (HEMT)的研制和室温特性测试结果 .器件采用栅长为 0 .7μm,夹断电压为 - 3.2 V,获得了最高跨导为 2 0 2 m S/ m m,最大漏源饱和电流密度为 915 m A/ m m的优良性能和结果 .

RF-MBE生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性(英文)

用射频分子束外延技术研制出了室温迁移率为 10 35 cm2 /(V· s) ,二维电子气浓度为 1.0× 10 1 3cm- 2 ,77K迁移率为 2 6 5 3cm2 /(V· s) ,二维电子气浓度为 9.6× 10 1 2 cm- 2 的 Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管材料 .用此材料研制的器件 (栅长为 1μm,栅宽为 80μm,源 -漏间距为 4μm )的室温非本征跨导为 186 m S/m m,最大漏极饱和电流密度为 92 5 m A/m m,特征频率为 18.8GHz.

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件电离辐照损伤机理及偏置相关性研究

本文利用 60Co γ射线,针对 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high-electron mobility transistors,HEMT)器件,开展了在不同偏置下器件电离辐照总剂量效应实验研究.采用1/f噪声结合直流电学特性参数对实验结果进行测量分析,分析结果表明,受到辐照诱生氧化物缺陷电荷与界面态的影响,当辐照总剂量达到1 Mrad(Si)时,零偏条件下AlGaN/GaN HEMT器件的电学参数退化得最大,其中,饱和漏电流减小36.28%,最高跨导降低52.94%;基于McWhorter模型提取了AlGaN/GaN HEMT器件辐照前后的缺陷密度,零偏条件下辐照前后缺陷密度变化最大,分别为4.080 × 1017和6.621 × 1017 cm–3·eV–1.其损伤机理是在氧化物层内诱生缺陷电荷和界面态,使AlGaN/GaN HEMT器件的平带电压噪声功率谱密度增加.

短沟道AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的Ⅰ-Ⅴ特性研究

考虑栅电压、漏电压和沟长调制效应影响下,在长沟道高电子迁移率晶体管(HEMT)的Ⅰ-Ⅴ输出特性基础上,引入有效迁移率和有效沟道长度,推导了短沟道AlGaN/GaN HEMT的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)输出特性模型.通过比较栅长为105nm时模型计算结果与实际器件的输出特性,表明推导的短沟道AlGaN/GaN HEMT的Ⅰ-Ⅴ模型与实验结果基本相符,误差小于5%.

具有部分本征GaN帽层新型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性分析

为了优化传统Al GaN/GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,HEMTs)器件的表面电场,提高击穿电压,本文提出了一种具有部分本征GaN帽层的新型Al GaN/GaN HEMTs器件结构.新型结构通过在Al GaN势垒层顶部、栅电极到漏电极的漂移区之间引入部分本征GaN帽层,由于本征GaN帽层和Al GaN势垒层界面处的极化效应,降低了沟道二维电子气(two dimensional electron gas,2DEG)的浓度,形成了栅边缘低浓度2DEG区域,使得沟道2DEG浓度分区,由均匀分布变为阶梯分布.通过调制沟道2DEG的浓度分布,从而调制了Al GaN/GaN HEMTs器件的表面电场.利用电场调制效应,产生了新的电场峰,且有效降低了栅边缘的高峰电场,Al GaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布更加均匀.利用ISE-TCAD软件仿真分析得出:通过设计一定厚度和长度的本征GaN帽层,Al GaN/GaN HEMTs器件的击穿电压从传统结构的427 V提高到新型结构的960 V.由于沟道2DEG浓度减小,沟道电阻增加,使得新型Al GaN/GaN HEMTs器件的最大输出电流减小了9.2%,截止频率几乎保持不变,而最大振荡频率提高了12%.

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管温度传感器特性

本文制作了基于无栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构的温度传感器,并对其温度相关的电学特性进行了表征.实验测试了器件从50℃到400℃的变温电流-电压特性,研究了器件灵敏度随着器件沟道长宽比的变化,并研究了在300—500℃高温的空气和氮气中经过1 h恒温加热后器件的电学特性变化.理论与实验研究结果表明,随着器件沟道长宽比的增大,器件的灵敏度会随之上升;在固定电流0.01 A下,器件电压随温度变化的平均灵敏度为44.5 mV/℃.同时,稳定性实验显示器件具有较好的高温保持稳定性.

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的栅极电容模型

Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管的栅极电容由本征电容和边缘电容组成.边缘电容分为外部边缘电容和内部边缘电容,内部边缘电容相比外部边缘电容对器件的开关转换特性更为敏感.本文基于内部边缘电容的形成机理,推导了内部边缘电容C_(ifs/d)模型,进一步的分析表明,其与器件的栅极偏置强相关;基于WardDutton电荷分配原则推导了相应的本征电容模型,最后结合外部边缘电容得到了完整的栅极电容模型.由于边缘电容是由器件结构产生的寄生电容,仿真结果表明,若不考虑边缘电容的影响,栅源电容的误差可达80%以上,而栅漏电容的误差可达65%以上.因此,在高频开关应用领域,边缘电容对栅极电容的影响不可忽略.

不同AlGaN层厚度的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的静态特性(英文)

利用金属有机化合物气相外延技术研究了 Al Ga N/ Ga N高电子迁移率晶体管 (HEMT)结构的外延生长及器件制作 ,重点比较了具有不同 Al Ga N层厚度的 HEMT器件的静态特性 .实验发现具有较薄 Al Ga N隔离层的结构表现出较好的器件特性 .栅长为 1μm的器件获得了 6 5 0 m A/ m m的最大饱和电流密度和 10 0 m S/ mm的最大跨导 .

f_T为102GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

研究了一款高性能的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件(HEMT),器件基于在蓝宝石衬底上外延生长的AlGaN/GaN异质结构HEMT材料,器件栅长为86 nm,源漏间距为0.8μm。电子束光刻实现T型栅和源漏,保证了器件小的栅长和高的对准精度。制备的器件显示了良好的直流特性和射频特性,在栅偏压为0 V时漏电流密度为995 mA/mm,在栅源电压Vgs为-4.5 V时,最大峰值跨导为225 mS/mm;器件的电流增益截止频率fT和最大振荡频率fmax分别为102和147 GHz。高fT值一方面得益于小栅长,另一方面由于小源漏间距减小了源漏沟道电阻。

GaN基高电子迁移率晶体管器件的可靠性及退化机制研究进展

GaN基高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)器件在航天、通讯、雷达、电动汽车等领域具有广泛的应用,近年来成为电力电子器件的研究热点。在实际应用中,GaN基HEMT器件随着使用时间的延长会发生退化甚至失效的情况,器件的可靠性问题仍是进一步提高HEMT器件应用的绊脚石。因此,研究器件的可靠性及退化机制对于进一步优化器件性能具有极其重要的意义。将从影响器件可靠性的几个关键因素如高电场应力、高温存储、高温电场和重离子辐照等进行阐述,主要对近几年文献里报道的几种失效机制及相应的失效现象进行了综述和总结,最后讨论了进一步优化器件可靠性的措施,对进一步提高HEMT器件的应用起促进作用。

用逆压电极化模型对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌现象的研究

通过自洽求解一维Poisson-Schrdinger方程,模拟了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在工作时等效外电场对AlGaN/GaN异质结沟道处二维电子气(2DEG)浓度的影响.分析了逆压电极化效应的作用,从正-逆压电极化现象出发,提出了逆压电极化模型.计算结果显示:逆压电极化明显影响2DEG性质,当Al组分x=0.3,AlGaN层厚度为20nm时,不考虑逆压电极化,2DEG浓度为1.53×1013cm-2;当等效外电压分别为10和15V时,2DEG浓度降低至1.04×1013cm-2和0.789×1013cm-2.用该模型解释了2DEG退化及电流崩塌现象产生的原因,并讨论了抑制电流崩塌的办法.

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管肖特基高温退火机理研究

在不同应力条件下,研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管高温退火前后的电流崩塌、栅泄漏电流以及击穿电压的变化.结果表明,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管通过肖特基高温退火以后,器件的特性得到很大的改善.利用电镜扫描(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对高温退火前、后的肖特基接触界面进行深入分析,发现器件经过高温退火后,Ni和AlGaN层之间介质的去除,并且AlGaN材料表面附近的陷阱减少,使得肖特基有效势垒提高,从而提高器件的电学特性.

GaN基高电子迁移率晶体管专利分析

技术概述。相对于以Si为代表的第一代半导体材料和以GaAs为代表的第二代半导体材料,以GaN和SiC为代表的第三代半导体具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和漂移速率大、耐高温以及抗辐射能力强的优点,在射频领域和大功率方面显示出卓越的优势。除此之外,在GaN材料上生长AlGaN后形成异质结构,AlGaN/GaN界面处会由极化效应产生高浓度的二微电子气(2 DEG),2 DEG被限制在二维平面运动而减少散射,因此具有高达2 000cm2/V·s的电子迁移率,从而能够被应用于射频器件中。

加载功率与壳温对AlGaN/GaN高速电子迁移率晶体管器件热阻的影响

结温是制约器件性能和可靠性的关键因素,通常利用热阻计算器件的工作结温.然而,器件的热阻并不是固定值,它随器件的施加功率、温度环境等工作条件的改变而变化.针对该问题,本文以CREE公司生产的高速电子迁移率晶体管(HEMT)器件为研究对象,利用红外热像测温法与Sentaurus TCAD模拟法相结合,测量研究了AlGaN/GaN HEMT器件在不同加载功率以及管壳温度下热阻的变化规律.研究发现:当器件壳温由80°C升高至130°C时,其热阻由5.9°C/W变化为6.8°C/W,增大15%,其热阻与结温呈正反馈效应;当器件的加载功率从2.8 W增加至14 W时,其热阻从5.3°C/W变化为6.5°C/W,增大22%.对其热阻变化机理的研究发现:在不同的管壳温度以及不同的加载功率条件下,由于材料导热系数的变化导致其热阻随温度与加载功率的变化而变化.

开态应力下电压和电流对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的退化作用研究

通过采集等功率的两种不同开态直流应力作用下Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管(HEMTs)漏源电流输出特性、源区和漏区大信号寄生电阻、转移特性、阈值电压随应力时间的变化,并使用光发射显微镜观察器件漏电流情况,研究了开态应力下电压和电流对Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管的退化作用.结果表明,低电压大电流应力下器件退化很少,高电压大电流下器件退化较明显.高电压是HEMTs退化的主要因素,栅漏之间高电场引起的逆压电效应对参数的永久性退化起决定性作用.除此之外,器件表面损坏部位的显微图像表明低电压大电流下器件失效是由于局部电流密度过高,出现热斑导致器件损伤引起的.