硅基GaN功率器件缺陷相关可靠性机理研究

发布时间：2021-09-22 02:08

　　因具有高击穿电压、高电子迁移率、高饱和电子速度和高载流子迁移率等优异性能,硅基氮化镓异质结高电子迁移率晶体管（AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors,HEMTs）功率器件正成为下一代高效功率电子的强有力竞争者。因安全工作和简化驱动电路设计等应用需求,功率半导体器件通常采用增强型结构。目前业界最普遍采用的增强型GaN功率器件结构是p型栅增强型GaN HEMTs和金属-氧化物-半导体（Metal-Oxide-Semiconductor）增强型GaN HFETs（Metal-Oxide-Semiconductor Heterostructure Field Effect Transistors）。采用P型栅是当前增强型的主流技术路线,各大半导体厂商纷纷推出p-GaN HEMTs功率器件产品,但其非绝缘的金属/p-GaN/AlGaN/GaN栅结构,给p-GaN HEMTs功率器件稳定性和可靠性带来挑战。此外,栅介质/III-N界面高密度缺陷和GaN缓冲层体缺陷均会导致GaN MOSHFETs功率器件阈值不稳定,引起器件可靠性问题,是该类器件实用... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

终止于Ga面AlGaN/GaN异质结构及其极化强度与AlGaN层Al组分关系

电子被束缚在 AlxGa1-xN/GaN 异质结界面处几纳米厚度的势，此时沟道电子被称为 2DEG（2 Dimensional Electron Gas）。势阱空间隔离了与电离杂质，降低电离散射，显著提高 AlxGa1-xN/GaN 界面处电子迁移率。随lxGa1-xN 势垒层 Al 组分 x 增加，AlxGa1-xN/GaN 界面处 2DEG 面密度 ns（x）增加因合金散射加剧，界面电子迁移率下降。Shen 等在 AlxGa1-xN 与 GaN 间插入 1 nlN 薄层，有效降低 AlxGa1-xN 层对沟道电子的合金散射，提高界面电子迁移率[9表 1-1 所示，室温下 AlxGa1-xN/GaN 界面电子迁移率约 1500-2000 cm2/V·s，明于 GaN 体材料。高电子浓度和高电子迁移率，使 AlxGa1-xN/GaN HEMTs 饱和密度高达 1-2A/mm，非常适合高频、高功率密度功率电路应用[10-11]。如图 1-4 所示，在功率开关应用领域中 Si、GaAs 和 GaN 半导体材料的性能。与传统的第一、二代半导体材料 Si 和 GaAs 相比较，第三代 GaN 宽禁带半（a） （b）图 1-3 AlGaN/GaN 异质结界面极化电荷分布及导带示意图。（a）2DEG 示意图；（b）导带能带及电荷分布[7]

电子科技大学博士学位论文导体厂商纷纷推出 GaN HEMTs 功率器件产品。据研究机pment 的数据显示，2016 年全球 GaN 功率元器件产业规模约为 12计到 2022 年该市场将成长到 4.6 亿美元，年复合成长率高达 79 %，器件占六成，如图 1-5 所示[13]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]AlGaN/GaN high electron mobility transistors with selective area grown p-GaN gates[J]. 黄宇亮,张连,程哲,张韵,艾玉杰,赵勇兵,路红喜,王军喜,李晋闽.  Journal of Semiconductors. 2016(11)



本文编号：3402923