AlGaN/GaN HEMT器件可靠性研究

发布时间：2021-07-12 05:38

　　GaN作为第三代半导体,具有禁带宽度大、击穿场强高、电子迁移率高、以及耐热特性和抗辐射性能良好等优异的半导体性能,非常适合应用于高温、高频、高功率及高击穿电压电力电子器件当中。基于AlGaN/GaN异质结处二维电子气的HEMT器件成为现阶段电力电子器件的研究热点并展现出极大的应用潜力。然而,现在存在的很多问题尤其是可靠性问题制约着AlGaN/GaN HEMT的大规模应用。因此AlGaN/GaN HEMT的可靠性问题是目前的研究热点,也是目前迫切需要解决的一个技术难题。在本论文中,研究工作主要围绕AlGaN/GaN HEMT器件及可靠性展开,从结构设计和理论分析入手,优化器件的制备工艺并对其可靠性、物理机制进行分析,论文的主要内容如下:1、AlGaN/GaN HEMT器件漏电及耐压的研究。我们对离子注入隔离的漏电路径进行了深入的研究,得到离子注入区域AlGaN和SiNx之间的界面漏电是主要漏电途径,退火可以降低界面态,最终降低器件的漏电,得到开关比为1010的器件。另外,我们采用MIS结构在栅电极下插入LPCVDSiNx作为介质层并采用场板结构来调制电场,器件在7μm的栅漏间距下击穿电压... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１电力电子器件的应用领域

Ｏｕｔｐｕｔ?Ｉｎｄｕｃｔｏｒ??Ｐｒ＾ｔａｇＴ??图１－２?Ｓｉ与ＧａＮ基的电力电子器件体积对比。??２、高击穿电场：ＧａＮ本身的击穿场强为４Ｘ１０６Ｖ／ｃｍ，为Ｓｉ（２．５Ｘ１０５Ｖ／ｃｍ）的??１６倍。高击穿场强的材料可以获得很高的功率性能。根据击穿电压的表达式??４＝办乂於／２，?％为耗尽区长度，五ｃ为击穿时的临界电场强度，由于ＧａＮ的击穿??场强大于Ｓｉ击穿场强的１０倍，所以在同样的击穿电压下，ＧａＮ器件的耗尽区长??度％可以小于Ｓｉ的１八０。灰〇与器件的导通电阻及〇ａ减正比，也就是说ＧａＮ器件可??以在保证高的工作电压的情况下缩短源漏电极之间的尺寸，降低器件的导通电阻，??提高器件的电流输出能力。从而降低器件在开态下的功耗，提高系统的转换效率??（如图１－３所示）。??９９．３％??１００??Ｖ－１??ＧａＮ?Ｉｎｖｅｒｔｅｒ????／??９９?－?ａ?＾?＊＊?＊?＊＊??９８?－?—?—??ｇ?９７?－??；?／?ＩＧＢＴ?Ｉｎｖｅｒｔｅｒ??Ｉ?９６?■?／??ｓ?９５?－－??９４?ＤＣ?ｂｕｓ?ｖｏｌｔａｇｅ?２５０Ｖ??Ｃａｒｒｉｅｒ?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?４ｋＨｚ??９３?Ｄｅａｄ?ｔｉｍｅ?２ｕｓ??Ｑ２??ｉ?ｉ?ｉ?｜?｜?｜?｜???０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００?１６００??Ｏｕｔｐｕｔ?Ｐｏｗｅｒ?（＇Ｎ）??图１－３?Ｓｉ基ＩＧＢＴ与ＧａＮ基的电力电子器件效率对比。??３、高电子饱和漂移速率：在半导体器件工作过程中

以在保证高的工作电压的情况下缩短源漏电极之间的尺寸，降低器件的导通电阻，??提高器件的电流输出能力。从而降低器件在开态下的功耗，提高系统的转换效率??（如图１－３所示）。??９９．３％??１００??Ｖ－１??ＧａＮ?Ｉｎｖｅｒｔｅｒ????／??９９?－?ａ?＾?＊＊?＊?＊＊??９８?－?—?—??ｇ?９７?－??；?／?ＩＧＢＴ?Ｉｎｖｅｒｔｅｒ??Ｉ?９６?■?／??ｓ?９５?－－??９４?ＤＣ?ｂｕｓ?ｖｏｌｔａｇｅ?２５０Ｖ??Ｃａｒｒｉｅｒ?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?４ｋＨｚ??９３?Ｄｅａｄ?ｔｉｍｅ?２ｕｓ??Ｑ２??ｉ?ｉ?ｉ?｜?｜?｜?｜???０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００?１６００??Ｏｕｔｐｕｔ?Ｐｏｗｅｒ?（＇Ｎ）??图１－３?Ｓｉ基ＩＧＢＴ与ＧａＮ基的电力电子器件效率对比。??３、高电子饱和漂移速率：在半导体器件工作过程中，多数是利用电子作为??．?载流子实现电流的传输。高电子饱和漂移速率可以保证半导体器件工作在高场时??半导体材料仍然能保持高的迁移率，进而有大的电流密度，这是器件获得大的功??率输出密度的关键所在，也是ＧａＮ区别于其他材料的最明显优势所在。另外，高?

【参考文献】：
期刊论文
[1]AlGaN表面坑状缺陷及GaN缓冲层位错缺陷对AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应的影响[J]. 席光义,任凡,郝智彪,汪莱,李洪涛,江洋,赵维,韩彦军,罗毅.  物理学报. 2008(11)



本文编号：3279321