AlGaN/GaN HEMT热存储和电热耦合可靠性研究

发布时间：2023-06-05 04:59

　　人类对高频大功率领域微电子技术的需求催生了以GaN为代表的第三代半导体材料的出现和发展。GaN的优异性能使其成为新型半导体材料中佼佼者。自上世纪90年代初人们制造出第一只AlGaN/GaN HEMT器件以来,经过近30年的研究发展,GaN基HEMT器件已经遍及人类生产生活的各个方面,但其可靠性问题依然突出,以自热效应、高温、高场为代表的可靠性问题严重制约其进一步的发展和应用。为此,文章利用仿真和实验相结合的方法对AlGaN/GaN HEMT器件的自热效应,高温热存储和电热耦合可靠性进行了研究。首先在了解HEMT工作原理的基础上,利用Silvaco和COMSOL软件仿真了器件的自热效应,得到了器件内部的温度分布和参数变化。仿真结果表明使用蓝宝石衬底的器件有非常严重的自热效应,造成了器件直流特性和交流特性的衰退。使用SiC等高热导率的衬底材料或倒装芯片结构能有效抑制器件的自热效应。然后对AlGaN/GaN HEMT实验样品进行了不同时间长度的热存储实验。实验结果表明热存储改善了器件的直流输出和转移特性,造成了器件漏极电流和跨导峰值的上升。通过对比热存储前后器件栅电容的变化可知热存储后沟道二...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 GaN材料和AlGaN/GaN HEMT器件的研究进展
        1.1.1 GaN材料的优势及其发展
        1.1.2 AlGaN/GaN HEMT器件的研究进展
    1.2 AlGaN/GaN HEMT器件的可靠性问题及其研究现状
        1.2.1 AlGaN/GaN HEMT器件的可靠性问题
        1.2.2 自热效应,热存储和电热耦合效应的国内外研究现状
    1.3 本文的主要内容和安排
第二章 AlGaN/GaN HEMT器件自热效应仿真研究
    2.1 AlGaN/GaN HEMT器件的工作原理
        2.1.1 GaN材料的晶格结构
        2.1.2 极化效应
        2.1.3 二维电子气
        2.1.4 HEMT器件的基本结构
    2.2 AlGaN/GaN HEMT器件模型
    2.3 自热效应仿真
        2.3.1 自热效应对直流特性的影响
        2.3.2 自热效应对交流特性的影响
        2.3.3 不同衬底材料对自热效应的影响
        2.3.4 倒装结构的仿真
    2.4 本章小结
第三章 AlGaN/GaN HEMT器件热存储可靠性研究
    3.1 实验设置
    3.2 热存储对器件栅电容的影响
    3.3 热存储对器件直流特性的影响
        3.3.1 输出特性的变化
        3.3.2 转移特性和跨导的变化
        3.3.3 栅泄漏电流的变化
    3.4 热存储对器件交流特性的影响
        3.4.1 栅延迟特性的变化
        3.4.2 电流崩塌特性的变化
    3.5 本章小结
第四章 AlGaN/GaN HEMT器件电热耦合退化特性研究
    4.1 AlGaN/GaN HEMT器件的变温特性
    4.2 AlGaN/GaN HEMT器件电热耦合实验研究
        4.2.1 开态应力下AlGaN/GaN HEMT器件电热耦合实验研究
        4.2.2 关态应力下AlGaN/GaN HEMT器件电热耦合实验研究
        4.2.3 电热耦合实验的恢复特性
        4.2.4 退化机制分析
    4.3 AlGaN/GaN HEMT的寿命模型
        4.3.1 加速寿命实验理论基础
        4.3.2 加速寿命实验结果
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3831733