AlGaN/GaN HEMT耐压新结构及开关特性研究
发布时间：2021-10-29 19:32
作为第三代半导体材料中的佼佼者-氮化镓具有非常优越的材料特性,成为了国内外研究的热点,被广泛适用于电力电子领域。随着对氮化镓功率器件研究的进一步深入,许多问题也渐渐暴露出来。其中,氮化镓功率器件耐压能力远低于理论极限与开/关态存在延迟这两个问题尚未得到充分的解答。针对以上问题,本文进行了进一步的探索。首先,对现有提高氮化镓功率器件耐压能力常用的技术手段进行了简单的说明,包括新的工艺和结构等。同时,对其耐压机理和存在的问题进行了讨论。接下来总结了几种泄漏电流和普遍的击穿机制,并做出了一系列的分析和说明。最后,介绍了氮化镓功率器件作为开/关型器件的现状以及对影响其开/关特性的因素进行了简要的分析和说明。在上文的基础上,本文创新地提出了一种具有局部背势垒的GOI HFET耐压新结构。该结构的作用机理是:利用AlxGa1-xN和GaN材料自发极化效应不同的原理,使AlxGa1-xN局部背势垒层和GaN沟道层界面电荷平衡后剩余负的极化电荷,耗尽部分栅漏漂移区沟道2DEG浓度,从而有效地调制沟道横向电场峰值,提...
【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
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GaN功率器件应用背景图
电子科技大学硕士学位论文2）电流崩塌效应[21]。由于材料中陷阱会俘获电子，一方面使沟道电子方面使能带抬高引起对沟道层的进一步耗尽，从而形成对沟道电子具的虚栅[22]。由于充放电会造成瞬态，因此表现为器件的电流密度下降，塌效应。3）热电子注入效应。沟道内的电子在器件处于开态、关态或射频工作有一定的几率被强电场加速。形成的高能电子存在从沟道量子阱溢出的被表面陷阱或缓冲层陷阱俘获从而使沟道电子密度降低，增加泄漏电流低跨导[23]。4）GaN 器件可靠性问题[24-25]。由于 GaN 器件的制造工艺尚不完善，没的工艺流程。不同工艺流程及工艺的稳定性不足等都会导致一些未知的器件性能的退化与失效。另外，如：泄漏电流、刻蚀损伤、表面态等问着 GaN 基器件的发展，尚有许多需要努力完善的地方。
1）AlGaN/GaN 异质结可获得较小的导通电阻。2）P-GaN 电流阻挡层与 GaN 缓冲层可以在垂直方向上承受高压。3）提高单位芯片面积的电流能力。4）解决电流崩塌问题。随着 GaN 自支撑衬底技术的完善，也进一步推动了 GaN VMOSFET 的OSFET 的主要优势：可实现高阈值电压的增强型器件的同时有实现可恢穿的可能性。2016年日本罗姆公司[30]试制成功一个GaN增强性型VMOS件采用 GaN 底板，迁移率高达 133cm2/V.S，而且其芯片面积仅为原~75%。2007 年，在 Masakazu 等人[31]的报道中，制作了具有高质量缓冲 VFETs 器件。该器件的核心技术即为同质外延技术。圣巴巴拉大学对于ch MOSFETs 进行了一系列的研究。在圣巴巴拉大学[32]报道的 OG-FETs中，通过加入栅介质和 GaN 插入层提高了 GaN trench MOSFETs 器件的率，改善了原有器件结构迁移率低的情况。在 2017 年的最新报道中，提FETs 器件结构如下图 1-4 所示，器件的击穿电压提升至 1000V, 其阈值电，而导通电阻仅为 3.6 mΩ.cm2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Novel high voltage RESURF Al GaN/GaN HEMT with charged buffer layer[J]. Jiayun XIONG,Chao YANG,Jie WEI,Junfeng WU,Bo ZHANG,Xiaorong LUO. Science China（Information Sciences）. 2016(04)
[2]GaN基HEMT场板结构研究进展[J]. 默江辉,蔡树军. 半导体技术. 2006(06)
本文编号：3465272
【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
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GaN功率器件应用背景图
电子科技大学硕士学位论文2）电流崩塌效应[21]。由于材料中陷阱会俘获电子，一方面使沟道电子方面使能带抬高引起对沟道层的进一步耗尽，从而形成对沟道电子具的虚栅[22]。由于充放电会造成瞬态，因此表现为器件的电流密度下降，塌效应。3）热电子注入效应。沟道内的电子在器件处于开态、关态或射频工作有一定的几率被强电场加速。形成的高能电子存在从沟道量子阱溢出的被表面陷阱或缓冲层陷阱俘获从而使沟道电子密度降低，增加泄漏电流低跨导[23]。4）GaN 器件可靠性问题[24-25]。由于 GaN 器件的制造工艺尚不完善，没的工艺流程。不同工艺流程及工艺的稳定性不足等都会导致一些未知的器件性能的退化与失效。另外，如：泄漏电流、刻蚀损伤、表面态等问着 GaN 基器件的发展，尚有许多需要努力完善的地方。
1）AlGaN/GaN 异质结可获得较小的导通电阻。2）P-GaN 电流阻挡层与 GaN 缓冲层可以在垂直方向上承受高压。3）提高单位芯片面积的电流能力。4）解决电流崩塌问题。随着 GaN 自支撑衬底技术的完善，也进一步推动了 GaN VMOSFET 的OSFET 的主要优势：可实现高阈值电压的增强型器件的同时有实现可恢穿的可能性。2016年日本罗姆公司[30]试制成功一个GaN增强性型VMOS件采用 GaN 底板，迁移率高达 133cm2/V.S，而且其芯片面积仅为原~75%。2007 年，在 Masakazu 等人[31]的报道中，制作了具有高质量缓冲 VFETs 器件。该器件的核心技术即为同质外延技术。圣巴巴拉大学对于ch MOSFETs 进行了一系列的研究。在圣巴巴拉大学[32]报道的 OG-FETs中，通过加入栅介质和 GaN 插入层提高了 GaN trench MOSFETs 器件的率，改善了原有器件结构迁移率低的情况。在 2017 年的最新报道中，提FETs 器件结构如下图 1-4 所示，器件的击穿电压提升至 1000V, 其阈值电，而导通电阻仅为 3.6 mΩ.cm2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Novel high voltage RESURF Al GaN/GaN HEMT with charged buffer layer[J]. Jiayun XIONG,Chao YANG,Jie WEI,Junfeng WU,Bo ZHANG,Xiaorong LUO. Science China（Information Sciences）. 2016(04)
[2]GaN基HEMT场板结构研究进展[J]. 默江辉,蔡树军. 半导体技术. 2006(06)
本文编号：3465272
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