Virtual Source模型模擬分析GaN基電子器件特性研究.pdf

1、Ⅲ族氮化物異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于其具有的良好特性，特別適用于高頻和大功率領(lǐng)域的應(yīng)用。由于目前GaN HEMT器件制備所采用的非自對(duì)準(zhǔn)工藝，器件結(jié)構(gòu)上存在接觸區(qū)，因而器件存在源端接觸區(qū)電阻Rsa和漏端接觸區(qū)電阻Rda，它們又分別與器件的源端和漏端歐姆接觸電阻Rsc、Rdc組成寄生串聯(lián)電阻RS和RD。電阻Rsa和Rda對(duì)于AlGaN/GaN HEMT器件的輸出特性具有重要的影響。器件源端接觸區(qū)電阻Rsa隨著漏極電流的增加而非線性的增加的現(xiàn)象

2、限制著器件的輸出跨導(dǎo)、頻率特性、線性度和效率。盡管源端接觸區(qū)電阻變化產(chǎn)生的機(jī)制非常重要，但其隨著漏極電流增加的原因還不是特別清楚，需要進(jìn)一步的研究。AlN/GaN異質(zhì)結(jié)由于其相對(duì)于其它的Ⅲ族氮化物異質(zhì)結(jié)具有更強(qiáng)的自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)，因此其異質(zhì)結(jié)界面處的二維電子氣密度達(dá)到了Ⅲ族氮化物異質(zhì)結(jié)中最高的理論值。由于AlN勢(shì)壘層相對(duì)更薄，這一點(diǎn)對(duì)于抑制短溝道效應(yīng)具有幫助，因此AlN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT在制備更短?hào)砰L(zhǎng)的器件領(lǐng)域應(yīng)用更有優(yōu)勢(shì)

3、。載流子散射機(jī)制對(duì)于AlN/GaN HEMT的輸出特性具有重要的影響，因此更加全面地理解各散射機(jī)制對(duì)電子遷移率的影響，對(duì)器件的設(shè)計(jì)和制備的優(yōu)化具有一定的幫助。溫度對(duì)于散射機(jī)制具有重要影響，低溫條件對(duì)于極化庫(kù)侖場(chǎng)散射機(jī)制的影響之前還未有研究。
　　本文進(jìn)行了如下幾方面的研究：⑴Virtual Source模型研究AlGaN/GaN HEMT中極化庫(kù)侖場(chǎng)散射對(duì)器件源端接觸區(qū)電阻Rsa的影響。應(yīng)用Virtual Source模型，模擬得

4、到AlGaN/GaN HEMT器件的直流輸出特性曲線。通過(guò)Virtual Source模型得到器件源漏電壓為5V，不同柵極電壓條件下的源端接觸區(qū)電阻、內(nèi)部跨導(dǎo)和外部跨導(dǎo)的值。發(fā)現(xiàn)在漏極-源極偏壓一定時(shí)，隨著柵極電壓的增加，漏極電流隨之增加，源端接觸區(qū)電阻Rsa隨漏極電流的增加而非線性增加，外部跨導(dǎo)相對(duì)本征跨導(dǎo)明顯降低。計(jì)算了不同柵極電壓條件對(duì)應(yīng)的AlGaN勢(shì)壘層電場(chǎng)隨溝道位置的變化曲線。綜合考慮不同柵極電壓條件下勢(shì)壘層受逆壓電效應(yīng)導(dǎo)致的

5、柵下附加極化電荷變化和源端接觸區(qū)內(nèi)熱電子溫度的變化這兩種因素，極化庫(kù)侖場(chǎng)散射在漏極電壓一定，柵極電壓增大的過(guò)程中，極化庫(kù)侖場(chǎng)散射強(qiáng)度先增大后減小，因此由其導(dǎo)致的源極接觸區(qū)的電阻成分也是先增大后減小。另一方面，隨著漏極電流的增加源極接觸區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增加，熱電子溫度上升，極化光學(xué)聲子散射的強(qiáng)度迅速增大。對(duì)于較大柵極電壓條件下，源極接觸區(qū)電阻隨著漏極電流的增加而增大的主要因素是極化光學(xué)聲子散射的作用。⑵低溫條件下AlN/GaN HEMT

6、中的極化庫(kù)侖場(chǎng)散射。制備了方形AlN/GaNHEMT器件，測(cè)試了不同低溫條件下器件的電容-電壓特性曲線、電流-電壓特性曲線，通過(guò)對(duì)電容-電壓特性曲線積分得到二維電子氣與電壓的關(guān)系，利用準(zhǔn)二維模型對(duì)器件的電流-電壓特性曲線進(jìn)行模擬，得到由柵電極與源電極之間的偏壓調(diào)制的遷移率與二維電子氣密度的關(guān)系曲線，同時(shí)利用分析模型得到由漏電極與源電極之間的偏壓調(diào)制的遷移率與二維電子氣密度的關(guān)系曲線。發(fā)現(xiàn)對(duì)于給定溫度下對(duì)應(yīng)相同的二維電子氣密度，兩種電壓調(diào)