氮化镓二极管仿真与机理研究

发布时间：2021-03-27 12:18

　　与传统的硅材料相比,氮化镓（GaN）作为宽禁带半导体材料的代表,具有禁带宽度大、饱和电子速度高、介电常数小和击穿电场高等特点。而采用AlGaN/GaN异质结形成的肖特基二极管（SBD）非常适合在高温、高频以及高功率等工作环境下应用,从而在射频和电力电子领域具有非常好的应用前景。常规的高性能AlGaN/GaN肖特基二极管通常采用刻蚀势垒层的方法来实现,但这会造成势垒层表面的损伤,从而影响器件的可靠性。采用非刻蚀工艺的无凹槽AlGaN/GaN肖特基二极管能避免这些问题,从而具有良好的可靠性。但是目前针对无凹槽结构的研究较少,因此本文主要在机理和仿真方面对无凹槽结构的AlGaN/GaN肖特基二极管进行了研究。首先,本文利用Silvaco-ATLAS仿真软件仿真优化了无凹槽AlGaN/GaN SBD的结构参数,仿真的结构参数包括势垒层厚度、金属功函数和Al组分。首先分析了势垒层厚度的变化对器件特性影响,得出了器件的最佳势垒层厚度;接着分析了阳极金属功函数的变化对器件的影响,并对金属功函数做了折衷选择;最后,分析了Al组分的变化给器件特性带来的变化和其变化的内部机理,仿真结果表明最佳的Al组分为... 

【文章来源】：北方工业大学北京市

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１不同材料的器件性能的理论极限和实际值ｙ??

边缘电场集中效应＂会对击穿电压产生重要的影响。所谓边缘电场集中就是当??肖特基二极管在反向电压下，耗尽层中的电场分布不均匀，越靠近电极边缘，??电场线分布越密集，这导致电极边缘存在一个电场峰值，如图１－２：；所示。这个??电场峰值会使雪崩击穿在电极边缘提前发生，从而降低器件的耐压能力。因此，??需要通过结终端技术来优化电场分布，从而提高器件的耐压。??＾?］（）００?＾￣￣ｉ￣ｒ－?ｒ?ｎ??＝?？ｂｉ?＿?令??ｒ，?ｅ￥ｉ（Ｖ?ｉ?■＞?４＂－Ｓ（：?ｉ＂＂ｉｌ??，１００?厂??／?％?／??ｉ?＾ＬＴＥｌｍｉ??＼?Ｕ－１１０?１００?１０００?１００００??，５?Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ?ｖｏｌｔａｇｅ／Ｎ??图１－１不同材料的器件性能的理论极限和实际值ｙ??２??

；提出了一种具有凹槽阳极的ＡｌＧａＮ／ＧａＮ?ＳＢＤ，??其结构如图１－３所示。其通过干法刻蚀去掉了阳极下方的ＡＩＧａＮ势垒层和部分??ＧａＮ沟道层，从而使沉积的阳极金属侧壁与２ＤＥＧ直接接触，将器件的开启电??压ＶＴ降低为０．４３?Ｖｅ同时，利用ＧａＮ：Ｃ背势垒外延结构和斜阳极场板提高了??ＳＢＤ反向阻断能力，击穿电压Ｖｂｒ高达丨ＯＯＯＶ。???＜—Ａｎｏｄｅ－Ｃａｉｎｏｄｅ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?“ｃ一？???ｐｍ?ｈｅｌｄ?ｐｌａｔｅｎ??Ｏｈｍｉｃ??１?＾?Ｒｅｃｅｓｓｅｄ??ｃａｔｈｏｄｅ?ｓ．ｎ．?ｐａｓｓｉｏｎ?Ｓｃｈｏｔｔｋｙ??ＡｔＧａＮ?ｂａｍｅｒ?Ｉ?３Ｈ〇ｄｅ??Ｇａｆ７ｃｈａｎｎｅｌ?２Ｄ￣ｊｌｅＳｒｏｎ?ｇａｓ?ｃｈａｎｎｅｌ????Ｃ－ｄｏｐｅｄ?ＧａＮ?ｂａｃｋ?ｂａｍｅｒ??Ｎｕｃｔｅａｔ？ｏｎ?ｌａｙｅｒ?????／？－ＳｉＣ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??图１－３?凹槽阳极结构的ＡｌＧａＮ／ＧａＮ?ＳＢＤ??２０１３年，Ｓｉｌｖｉａ?Ｌｅｎｃｉ等人＇＇首次在８英寸Ｓｉ衬底上实现了无Ａｕ、ＣＭＯＳ??兼容的ＡｌＧａＮ／ＧａＮ?ＳＢＤ，其性能与最先进的含Ａｕ结构相当。如图１－４所示，??器件采用了凹槽阳极结构，通过减薄势垒层厚度，使阳极金属更加接近２ＤＥＧ．??优化了开启电压（Ｖｔ＜０．５Ｖ）。同时，通过在凹槽中嵌入了?？层１５ｎｍ的ＳｂＮ４介??质

【参考文献】：
期刊论文
[1]AlGaN/GaN中二维电子气研究新进展[J]. 张金凤,郝跃.  西安电子科技大学学报. 2003(03)

硕士论文
[1]AlGaN/GaN肖特基势垒二极管ATLAS仿真与实验研究[D]. 徐儒.北京工业大学 2016



本文编号：3103501