AlGaN-GaN HEMT電流崩塌的實驗研究.pdf

1、AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管（HEMT）由于擊穿場強大、電子峰值速度高和電子面密度大等優(yōu)點，在微波大功率應(yīng)用方面，已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注。盡管AlGaN/GaNHEMT表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，仍然有一些問題需要研究，例如電流崩塌、自熱效應(yīng)引起的溫度升高以及高溫下的傳輸特性。在這些問題里面，電流崩塌問題是亟待研究的，因為它已經(jīng)限制了AlGaN/GaNHEMT的微波輸出功率。本文通過實驗，研究了GaNHEMTs電流崩塌現(xiàn)象。主要研究工

2、作和成果如下： 1．為了獲得高漏極功率轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)用中AlGaN/GaNHEMT通常工作在B或AB類狀態(tài)，這時的直流柵偏壓接近開啟電壓。如果在柵上加上交流信號，VGS和VDS半個周期內(nèi)，器件處于飽和區(qū)（對應(yīng)于交流信號的正半周）。在此期間，溝道電流很大，柵漏電壓較小，以熱電子應(yīng)力為主。在交流信號負半周，器件工作在關(guān)態(tài)，溝道電流極小，柵漏電壓很大，器件在這半個周期相當(dāng)于受到大電場應(yīng)力。AlGaN/GaNHEMT交流大信號工作時，每個

3、周期內(nèi)熱電子應(yīng)力和大電場應(yīng)力交替作用。因此，這兩種應(yīng)力下的器件電流崩塌特性最值得深入研究。研究表明，不同電應(yīng)力條件下，導(dǎo)致漏電流崩塌和最大跨導(dǎo)下降的物理機制不同。在大電場應(yīng)力下，主要物理機制是柵隧穿電子填充表面態(tài)；而在熱電子應(yīng)力下，是溝道熱電子填充鄰近界面態(tài)。 2．對直流和脈沖條件下電流特性進行了比較。實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖條件下的電流比直流下明顯減少，且脈寬越小，崩塌現(xiàn)象越嚴(yán)重。這是因為當(dāng)器件從夾斷突然轉(zhuǎn)向?qū)〞r，柵下溝道可以快速響應(yīng)

4、而開啟，而柵漏之間虛柵控制的溝道響應(yīng)速度慢，導(dǎo)致器件開態(tài)以后，電流仍然有相當(dāng)一部分未恢復(fù)，引起脈沖條件下的電流崩塌現(xiàn)象。 3．對未鈍化器件進行應(yīng)力實驗分析，觀察到在應(yīng)力條件下電流崩塌隨時間的變化關(guān)系。本文也研究了應(yīng)力以后器件緩慢恢復(fù)特性，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力后器件在70s左右才能達到穩(wěn)態(tài)。本文采用能帶傳導(dǎo)模型解釋了觀察到的現(xiàn)象。 4．由于AlGaN/GaNHEMT的幾何結(jié)構(gòu)以及很強的極化效應(yīng)，柵漏區(qū)域的電場很大，以至于電子可以從柵隧

5、穿到AlGaN表面。隧穿的電子在表面累積，導(dǎo)致柵下耗盡區(qū)的向漏端延伸，從而引起漏極電流的下降。本文采用應(yīng)力測試方法，研究了未鈍化、鈍化以及場板三種結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaNHEMT的電流崩塌程度。實驗結(jié)果表明，鈍化隔斷了電子從柵隧穿到AlGaN表面的通道、場板結(jié)構(gòu)能夠有效的降低柵邊緣電場，均減少了電子從柵隧穿到表面陷阱的幾率，從而使虛柵的作用減弱，有效地抑制了電流崩塌效應(yīng)。 5．關(guān)于紫外光照以及涂膠對電流崩塌的影響，本文也有研究。