薄势垒F注入AlGaN/GaN HEMT器件特性研究

发布时间：2023-04-09 00:48

　　AlGaN/GaN异质结是GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的主流结构,它是以AlGaN/GaN异质结材料为基础制造成的GaN基器件,具有高跨导、高饱和电流以及高截止频率等特性,因此在微波大功率工作环境下拥有良好的前景。随着数字和开关领域的发展,增强型器件的应用愈发广泛而重要。本文主要针对薄势垒F注入AlGaN/GaN HEMT器件的特性进行研究:首先,借助Silvaco TCAD数值仿真工具研究AlGaN/GaN HEMT器件参数变化对器件特性的影响,发现较薄的势垒层结构可以提高器件阈值电压,另外较小的Al组分也可以实现阈值电压的正向移动。模拟F等离子体注入工艺,在栅下AlGaN势垒层形成F离子注入区,改变注入功率的大小实现HEMT器件的增强。模拟电流崩塌问题,发现应力后薄势垒F注入HEMT器件的漏电流下降了7.8%,这可能是F注入工艺在势垒层中产生新的陷阱而引起的电流崩塌;改变场板的长度和钝化层厚度,研究F注入器件的击穿问题,发现减小钝化层厚度可以增大F注入器件的击穿电压。然后,制备薄势垒F注入HEMT器件,包括F注入工艺为(80W,120s)的耗尽型器件和F注入条件为(130W...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 AlGaN/GaN HEMT器件背景研究
        1.1.1 第三代半导体材料的诞生
        1.1.2 高电子迁移率晶体管HEMT的发展
    1.2 增强型AlGaN/GaN HEMT器件的演变
    1.3 本文的研究内容及章节安排
第二章 F离子注入AlGaN/GaN HEMT器件基本理论
    2.1 Ⅲ族氮化物半导体材料
        2.1.1 晶体结构与极化效应
        2.1.2 异质结结构
    2.2 AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管
        2.2.1 HEMT器件结构
        2.2.2 HEMT器件中的二维电子气及基本工作原理
    2.3 F等离子体注入的AlGaN/GaN HEMT器件
        2.3.1 F注入HEMT器件的电场调节机制
        2.3.2 F注入器件的制备工艺
    2.4 本章小结
第三章 薄势垒F注入AlGaN/GaN HEMT器件特性仿真
    3.1 器件数值仿真
        3.1.1 Silvaco TCAD仿真工具
        3.1.2 器件数值仿真基本方程
    3.2 AlGaN/GaN HEMT器件特性仿真
        3.2.1 常规耗尽型HEMT器件特性
        3.2.2 HEMT器件参数对器件特性影响
    3.3 薄势垒F注入器件应力仿真
        3.3.1 薄势垒F注入HEMT器件特性仿真
        3.3.2 F注入器件电流崩塌
        3.3.3 薄势垒F注入器件击穿电压仿真
    3.4 本章小结
第四章 薄势垒F注入AlGaN/GaN HEMT器件特性研究
    4.1 器件研制及实验设计
    4.2 薄势垒F注入HEMT器件的电流-电压特性
    4.3 薄势垒F注入HEMT器件的电容-电压特性
        4.3.1 F注入CV圆环测试
        4.3.2 F注入HEMT变频CV特性
    4.4 电应力下的F注入HEMT器件特性退化研究
        4.4.1 电应力退化模型
        4.4.2 薄势垒F注入HEMT器件关态应力测试
        4.4.3 薄势垒F注入HEMT器件开态应力测试
        4.4.4 关态和开态应力对F离子迁移的影响
    4.5 薄势垒F注入HEMT器件陷阱分析
        4.5.1 电导法原理简介
        4.5.2 薄势垒F注入HEMT器件关态应力前后陷阱态变化
        4.5.3 薄势垒F注入HEMT器件开态应力前后陷阱态变化
    4.6 本章小结
第五章 研究总结与展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3786767