AlGaN/GaN HEMT器件电学特性与可靠性研究

发布时间：2021-02-27 10:58

　　氮化镓（GaN）半导体材料由于禁带宽度大、电子迁移率非常高、耐击穿电场高、耐热性能好以及抗辐射能力优异等特点,故其是制作高频、高温和大功率器件的优秀材料。近几年,GaN基高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor,HEMT）器件目前成为电子电力元件的研究热门并展现出巨大的应用前景。由于GaN基HEMT器件的很多可靠性问题仍未得到解决,限制着GaN基HEMT器件的大规模应用。因此GaN基HEMT器件的可靠性问题成为现阶段研究重点,也是一个迫切需要研究人员解决的一个技术难题。本论主要围绕AlGaN/GaN HEMT器件的氢效应、热电子效应、静电放电和高温应力四个方面的可靠性问题进行研究。采用电学特性、低频噪声特性等表征方法,研究AlGaN/GaN HEMT器件在各种应力条件下的变化规律,分析器件的退化模式与失效原因。主要研究工作内容如下:（1）根据AlGaN/GaN HEMT器件的电学特性和低频噪声特性两个方面,研究氢气对AlGaN/GaN HEMT器件的影响。通过对比氢处理前后器件测试参数,分析总结氢处理对器件的作用规律,解释氢气对器件的作用机... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
    1.2 AlGaN/GaN HEMT器件国内外研究进展
    1.3 AlGaN/GaN HEMT器件可靠性
        1.3.1 氢效应
        1.3.2 热电子效应
        1.3.3 静电放电
        1.3.4 高温应力
    1.4 本文的主要工作和论文框架
第二章 AlGaN/GaN HEMT器件电学特性和低频噪声特性
    2.1 引言
    2.2 AlGaN/GaN HEMT器件直流特性
        2.2.1 半经验直流特性模型
        2.2.2 直流特性的测试方案
        2.2.3 直流特性的测试结果
    2.3 AlGaN/GaN HEMT器件在双脉冲条件下的电流崩塌
        2.3.1 双脉冲测试原理及测试条件
        2.3.2 测试结果分析
    2.4 AlGaN/GaN HEMT器件栅延迟
        2.4.1 栅延迟法的基本原理
        2.4.2 栅延迟法的测试结果
    2.5 AlGaN/GaN HEMT器件低频噪声
        2.5.1 噪声的分类与特性
        2.5.2 1/f噪声模型
        2.5.3 低频噪声测试
        2.5.4 漏电流噪声测试结果分析与缺陷密度提取
    2.6 本章小结
第三章 基于氢处理Al Ga N/Ga N HEMT器件的热电子效应
    3.1 引言
    3.2 AlGaN/GaN HEMT器件氢效应研究
        3.2.1 氢效应实验系统
        3.2.2 氢效应对器件电学特性的影响
        3.2.3 氢效应对器件低频噪声特性的影响
    3.3 基于氢处理Al Ga N/Ga N HEMT器件的热电子效应
        3.3.1 热电子应力对氢处理前后器件的电学特性
        3.3.2 热电子应力对氢处理前后器件的低频噪声特性
        3.3.3 热电子应力对氢处理后器件物理机理
    3.4 本章小结
第四章 ESD应力下AlGaN/GaN HEMT器件的失效机理
    4.1 引言
    4.2 ESD放电模型与测试系统
        4.2.1 ESD的放电模型
        4.2.2 ESD测试机理
    4.3 ESD应力实验方案
    4.4 AlGaN/GaN HEMT器件在ESD应力前后的实验结果
        4.4.1 器件在TLP应力下电压与电流分析
        4.4.2 器件在TLP应力前后的直流特性分析
        4.4.3 器件在TLP应力前后EMMI分析
        4.4.4 器件在TLP应力后SEM分析
    4.5 本章小结
第五章 AlGaN/GaN HEMT器件的高温可靠性
    5.1 引言
    5.2 器件高温应力实验方案
    5.3 AlGaN/GaN HEMT器件的高温直流特性
        5.3.1 器件输出特性
        5.3.2 器件转移特性
        5.3.3 器件肖特基二极管曲线
    5.4 AlGaN/GaN HEMT器件的高温交流特性
        5.4.1 器件的电流崩塌
        5.4.2 器件的栅延迟特性
    5.5 AlGaN/GaN HEMT器件的高温G-R噪声
        5.5.1 器件G-R噪声测试
        5.5.2 器件激活能的提取
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
附录 A个人简历
附录 B攻读硕士学位期间发表论文与参加的会议目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]漏源间距对AlGaN/GaN HEMT器件特性的影响[J]. 马灵,吕元杰,王丽,宋旭波,顾国栋,谭鑫,郭红雨.  半导体技术. 2015(01)
[2]GaN HEMT栅边缘电容用于缺陷的研究[J]. 王鑫华,庞磊,陈晓娟,袁婷婷,罗卫军,郑英奎,魏珂,刘新宇.  物理学报. 2011(09)
[3]X波段AlGaN/GaN HEMTs Γ栅场板结构研究[J]. 王冬冬,刘果果,刘丹,李诚瞻,刘新宇,和致经.  电子器件. 2008(06)
[4]AlGaN/GaN HFET中的陷阱[J]. 薛舫时.  固体电子学研究与进展. 2007(04)
[5]一种新的AlGaN/GaN HEMT半经验直流特性模型[J]. 刘丹,陈晓娟,刘果果,和致经,刘新宇,吴德馨.  半导体学报. 2006(11)

硕士论文
[1]多晶硅薄膜晶体管电学特性与可靠性研究[D]. 刘凯.华南理工大学 2017
[2]ESD应力下LDMOS温度特性的研究[D]. 吴道训.电子科技大学 2013



本文编号：3054133