AlGaN-GaN HEMTs器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與可靠性研究.pdf

1、氮化鎵(GaN)作為一種新型半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大(3.39 eV)、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高(～3.0 MV/cm)和電子遷移率高(800～1700 cm2/Vs)等特點(diǎn)，在功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域得到了極大的關(guān)注。而由GaN材料構(gòu)成的AlGaN/GaN高遷移率晶體管（HEMTs）同樣在禁帶寬度、電子遷移率和擊穿電壓上具有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于該器件的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面會(huì)形成二維電子氣(2DEGs)，濃度可高達(dá)1×1013 cm-2，因而AlG

2、aN/GaN HEMTs器件可以輸出較大的電流，結(jié)合器件高的耐壓能力，因此它有較大的輸出功率。AlGaN/GaN HEMTs在高頻高功率場(chǎng)合下被廣泛應(yīng)用。
　　然而AlGaN/GaN HEMTs器件仍然存在一些未解決的問(wèn)題，也是橫向器件固有的問(wèn)題，例如如何進(jìn)一步優(yōu)化器件的表面電場(chǎng)，以提高器件的優(yōu)值，即在較小的比導(dǎo)通電阻的情況下獲得較高的耐壓。同時(shí)還應(yīng)考慮在高頻、高壓大電流應(yīng)用場(chǎng)合下器件的可靠性問(wèn)題等。本文針對(duì)這些問(wèn)題對(duì)AlGaN/

3、GaN HEMTs器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與可靠性進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容為:
　　1.提出了一種提高器件耐壓能力的方法，即在襯底靠近器件漏極的區(qū)域，進(jìn)行一種與襯底相反導(dǎo)電類型的摻雜。借助Crosslight-Apsys二維數(shù)值分析工具，完成帶有源場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN HEMTs器件的仿真，從而驗(yàn)證了新結(jié)構(gòu)的器件由體電場(chǎng)調(diào)制表面電場(chǎng)，進(jìn)而提高器件的整體耐壓能力。研究結(jié)果表明:新結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比獲得了器件耐壓能力的提高，且在器件場(chǎng)板長(zhǎng)度

4、為2μm時(shí)，新結(jié)構(gòu)器件的擊穿電壓提高了55％。
　　2.提出了一種測(cè)試帶有場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN HEMTs器件可靠性的方法。相比傳統(tǒng)的測(cè)試方法，結(jié)合器件具體的應(yīng)用場(chǎng)合，該新方法采用柵極PWM應(yīng)力測(cè)試。柵極電極連接PWM發(fā)生器，漏極電極和源極電極都接地。使用HP4155Bcurve tracer測(cè)量器件的柵極退化特性。PWM波形的占空比為50％，低電平電壓為-5V，高電平電壓為0V。實(shí)驗(yàn)中采用三種不同開(kāi)關(guān)頻率的PWM波形:1