高应力下AlGaN/GaN HEMT器件特性与失效机理研究
发布时间：2021-07-12 20:59
硅以及砷化镓作为第一代和第二代半导体材料的代表推动了微电子技术发展,由于材料性能的限制,并不能满足高温、高频、高压、大功率的要求。与此同时,具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和载流子迁移率大,热导率高等优点的GaN材料成为半导体领域的研究热点。然而杂质含量高、缺陷多、位错密度大等问题阻碍了AlGaN/GaN HEMT（High Electron Mobility Transistor,高电子迁移率晶体管）器件的发展。研究表明,低频噪声可以表征器件缺陷,具有非破坏性及灵敏、快速的特点。本文结合器件的电学特性及低频噪声特性,进行了高应力条件下AlGaN/GaN HEMT器件特性和失效机理研究,其主要内容如下:（1）研究了AlGaN/GaN HEMT器件在25℃125℃温度范围内电参数退化和对应的去俘获效应。在直流条件下,随着温度的升高,转移特性曲线负向漂移、跨导峰值降低、栅极泄漏电流IG和亚阈值区漏源电流IDS显著增大。正向-反向二极管实验、双脉冲实验和栅延迟实验表明,在较高温度下去俘获效应增强,并且AlGaN势垒层中螺位错提供...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AlGaN/GaNHEMT器件(a)输出特性(b)VGS=-2V的局部输出特性
图 3-2AlGaN/GaN HEMT 器件 (a)输出特性 (b)VGS=-2V 的局部输出特性如图 3-2(a)，在栅源电压 VGS等于 0V 或-1V 时，器件漏源电流 IDS随着温度的上升而下降。为了得到器件输出电流和温度的等量关系，漏源电压 VDS等于 3V、栅源电压VGS等于 0V 的饱和电流与温度的关系被绘制在图 3-3(a)中。由图可知，饱和电流 ID与温度呈负相关，在 25℃时最大，为 73.1mA，在 125℃时最小，为 58.5mA，下降了 20%。此外，饱和电流 ID从 25℃到 125℃依次下降了 3.57mA、3.79mA、3.62mA、3.46mA，说明饱和电流 ID随着温度均匀下降，并未发生突变。
TH附近，转移特性的变化规律和上述规律相反。如图3-4(b)，当栅源电压VGS从-2.6V变化到-1.8V，漏源电流 IDS与温度呈正相关。图 3-4 (a)VDS=2V 转移特性 (b)局部转移特性将转移特性曲线求导得到跨导 Gm，跨导 Gm是衡量栅极控制能力的指标，对于AlGaN/GaN HEMT 器件单位栅宽的跨导 Gm定义为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]场板结构对AlGaN/GaN HEMT温度场的影响[J]. 邵宏月,张明兰,王影影. 固体电子学研究与进展. 2018(04)
[2]GaN微波器件转移特性脉冲测试研究[J]. 李沙金,廖雪阳. 电子产品可靠性与环境试验. 2017(05)
[3]GaN基HEMT器件的缺陷研究综述[J]. 郭伟玲,陈艳芳,李松宇,雷亮,柏常青. 发光学报. 2017(06)
[4]氮化镓基高电子迁移率晶体管栅电流输运机制研究[J]. 焦晋平,任舰,闫大为,顾晓峰. 固体电子学研究与进展. 2014(02)
[5]毫米波GaN基HEMT器件材料结构发展的研究[J]. 张效玮,贾科进,房玉龙,敦少博,冯志红,赵正平. 半导体技术. 2012(08)
[6]GaN HFET中的噪声[J]. 薛舫时. 中国电子科学研究院学报. 2009(02)
[7]AlGaN/GaN HFET中的陷阱[J]. 薛舫时. 固体电子学研究与进展. 2007(04)
[8]GaN HFET沟道热电子隧穿电流崩塌模型[J]. 薛舫时. 半导体学报. 2005(11)
[9]GaN异质结的二维表面态[J]. 薛舫时. 半导体学报. 2005(10)
博士论文
[1]AlGaN/GaN HEMT器件可靠性研究[D]. 宋亮.中国科学技术大学 2018
[2]硅基AlInGaN/AIN/GaN HEMT外延生长与器件工艺研究[D]. 戴淑君.中国科学技术大学 2018
[3]氮化镓HEMT结构肖特基二极管机理及E/D模集成电路研究[D]. 陈永和.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]复合缓冲层GaN基异质结构材料与器件研究[D]. 符梦笛.西安电子科技大学 2017
[2]AlGaN/GaN HEMT器件高场高温可靠性研究[D]. 曹甲军.西安电子科技大学 2017
[3]GaN基HEMT器件的变温特性研究[D]. 雷蕾.西安电子科技大学 2015
[4]GaN基HEMT高温特性及热可靠性研究[D]. 姜守高.西安电子科技大学 2010
本文编号：3280650
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AlGaN/GaNHEMT器件(a)输出特性(b)VGS=-2V的局部输出特性
图 3-2AlGaN/GaN HEMT 器件 (a)输出特性 (b)VGS=-2V 的局部输出特性如图 3-2(a)，在栅源电压 VGS等于 0V 或-1V 时，器件漏源电流 IDS随着温度的上升而下降。为了得到器件输出电流和温度的等量关系，漏源电压 VDS等于 3V、栅源电压VGS等于 0V 的饱和电流与温度的关系被绘制在图 3-3(a)中。由图可知，饱和电流 ID与温度呈负相关，在 25℃时最大，为 73.1mA，在 125℃时最小，为 58.5mA，下降了 20%。此外，饱和电流 ID从 25℃到 125℃依次下降了 3.57mA、3.79mA、3.62mA、3.46mA，说明饱和电流 ID随着温度均匀下降，并未发生突变。
TH附近，转移特性的变化规律和上述规律相反。如图3-4(b)，当栅源电压VGS从-2.6V变化到-1.8V，漏源电流 IDS与温度呈正相关。图 3-4 (a)VDS=2V 转移特性 (b)局部转移特性将转移特性曲线求导得到跨导 Gm，跨导 Gm是衡量栅极控制能力的指标，对于AlGaN/GaN HEMT 器件单位栅宽的跨导 Gm定义为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]场板结构对AlGaN/GaN HEMT温度场的影响[J]. 邵宏月,张明兰,王影影. 固体电子学研究与进展. 2018(04)
[2]GaN微波器件转移特性脉冲测试研究[J]. 李沙金,廖雪阳. 电子产品可靠性与环境试验. 2017(05)
[3]GaN基HEMT器件的缺陷研究综述[J]. 郭伟玲,陈艳芳,李松宇,雷亮,柏常青. 发光学报. 2017(06)
[4]氮化镓基高电子迁移率晶体管栅电流输运机制研究[J]. 焦晋平,任舰,闫大为,顾晓峰. 固体电子学研究与进展. 2014(02)
[5]毫米波GaN基HEMT器件材料结构发展的研究[J]. 张效玮,贾科进,房玉龙,敦少博,冯志红,赵正平. 半导体技术. 2012(08)
[6]GaN HFET中的噪声[J]. 薛舫时. 中国电子科学研究院学报. 2009(02)
[7]AlGaN/GaN HFET中的陷阱[J]. 薛舫时. 固体电子学研究与进展. 2007(04)
[8]GaN HFET沟道热电子隧穿电流崩塌模型[J]. 薛舫时. 半导体学报. 2005(11)
[9]GaN异质结的二维表面态[J]. 薛舫时. 半导体学报. 2005(10)
博士论文
[1]AlGaN/GaN HEMT器件可靠性研究[D]. 宋亮.中国科学技术大学 2018
[2]硅基AlInGaN/AIN/GaN HEMT外延生长与器件工艺研究[D]. 戴淑君.中国科学技术大学 2018
[3]氮化镓HEMT结构肖特基二极管机理及E/D模集成电路研究[D]. 陈永和.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]复合缓冲层GaN基异质结构材料与器件研究[D]. 符梦笛.西安电子科技大学 2017
[2]AlGaN/GaN HEMT器件高场高温可靠性研究[D]. 曹甲军.西安电子科技大学 2017
[3]GaN基HEMT器件的变温特性研究[D]. 雷蕾.西安电子科技大学 2015
[4]GaN基HEMT高温特性及热可靠性研究[D]. 姜守高.西安电子科技大学 2010
本文编号：3280650
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