InAlN-GaN HEMT的直流特性及電流崩塌效應(yīng)研究.pdf

1、以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體具有禁帶寬度大、擊穿電場強、電子飽和速度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好以及抗輻射等優(yōu)良特性，非常適合制造高溫大功率及高頻電子器件。雖然AlGaN/GaN HEMT的研究取得了很大進展，但仍然受到電流崩塌等可靠性問題的困擾，進而制約了器件在高頻、大功率方面性能的進一步提升。
　　近年來，InAlN作為一種新興材料引起廣泛關(guān)注，其與AlGaN材料最大區(qū)別是當(dāng)In組分約為17％時，InAlN勢壘層與GaN基板之

2、間的晶格匹配，因而消除了AlGaN/GaN HEMT中存在的應(yīng)力問題。然而高質(zhì)量InAlN外延層的生長非常困難，這成為阻礙其發(fā)展和應(yīng)用的主要因素之一。目前關(guān)于InAlN/GaN HEMT的性能及可靠性的研究相對較少，國內(nèi)仍處于起步階段。本文對InAlN/GaN HEMT的直流特性進行了理論和實驗研究，論文重點研究對器件可靠性有很大影響的電流崩塌現(xiàn)象。
　　首先，論文對InAlN/GaN HEMT在開態(tài)應(yīng)力和關(guān)態(tài)應(yīng)力兩種情況下的電流

3、崩塌現(xiàn)象進行測試。實驗結(jié)果表明，在兩種應(yīng)力條件后，器件的飽和電流都出現(xiàn)了明顯的退化，而且仿真結(jié)果證明這些退化要經(jīng)過很長時間才能完全恢復(fù)；偏置電壓越大、偏置時間越長，器件的電流崩塌程度越大。理論分析表明，關(guān)態(tài)應(yīng)力下器件電流崩塌的原因是高電場引入的柵極泄漏電流對柵源間靠近柵極附近的表面態(tài)充電，形成一個不受柵壓控制的虛柵，影響溝道2DEG面密度造成的，而開態(tài)應(yīng)力下對表面陷阱充電的電子主要來源于溢出導(dǎo)電溝道的熱電子。
　　其次，對器件進行

4、了柵極脈沖條件下的電流崩塌測試。測試結(jié)果表明，脈沖寬度對器件的電流崩塌量有重要影響。在周期一定的情況下，脈沖寬度越小，電流崩塌越明顯。分析結(jié)果表明，器件的表面態(tài)和勢壘層陷阱充放電速度跟不上輸入信號變化速度是器件在脈沖和RF信號條件下出現(xiàn)電流崩塌的主要原因。
　　最后，使用器件仿真軟件Silvaco Atlas軟件對InAlN/GaN HEMT的直流特性進行模擬分析。模型考慮了自熱效應(yīng)、勢壘層厚度、In組分、柵極長度等因素對器件性能