GaN基HEMT器件低溫特性研究.pdf

1、GaN半導體材料的禁帶寬度為3.45eV，屬于寬禁帶半導體材料，另外GaN的電子飽和速度很高，同時其導熱性能良好，這使得GaN材料在微波大功率應用領域具有很好的發(fā)展前景。目前利用GaN材料制作的AlGaN/GaN異質結HEMT器件是GaN基微電子器件的主要代表，在航空航天領域已得到廣泛應用，在航空航天領域由于器件長期工作在極高溫與極低溫交替的環(huán)境中，那么器件在高低溫條件下的特性都非常關鍵。目前國內外的大部分研究均是關于器件在高溫條件下的

2、可靠性，并且已經相對成熟，但是僅僅研究高溫特性，對于工作在航空航天領域環(huán)境中的器件是不夠的，低溫特性的研究是很有必要的。本文以AlGaN/GaN HEMT器件在低溫條件下的直流特性為研究對象，從實驗及理論方面對器件的低溫特性進行深入研究。
　　本文首先測量HEM T器件在室溫條件下的直流特性，確保所使用的器件在室溫時具有良好的性能，然后在低溫條件下對器件進行直流測試，通過室溫與低溫條件下器件直流特性曲線的對比，進而分析低溫下器件性

3、能及其出現機理。我們通過轉移曲線觀察肖特基柵特性，得出在低溫條件下器件的跨導值增大，柵極電壓能夠更好地控制漏極輸出電流。另外也分析了評估肖特基接觸質量的肖特基勢壘高度以及理想因子，與此同時我們提取了在不同柵壓下柵反向泄漏電流隨溫度的變化值，觀測到肖特基柵反向泄漏電流在低溫條件下要大于室溫條件下。這在一方面是由于肖特基勢壘高度隨著溫度的降低有所降低，電子的隧穿幾率增大，從而使得柵反向泄漏電流的增大；另外一方面制作器件的材料中存在的缺陷，在

4、低溫條件下能夠輔助電子隧穿引起所謂的陷阱輔助隧穿效應，這也是在低溫下柵反向泄漏電流增大的因素。
　　然后根據輸出電流曲線可以觀察到在不同柵壓下，低溫條件的漏極電流要大于室溫條件。我們根據器件的直流輸出特性可以得出，造成這一現象的原因是隨著溫度的變化影響漏極飽和輸出電流的因素：閾值電壓，2DEG的濃度及遷移率均有所變化。在低溫條件下閾值電壓降低，這是因為隨著溫度的降低肖特基勢壘高度降低，導帶差△EC增大，這使得在低溫條件下閾值電壓降

5、低。另外從給出的2DEG的濃度及遷移率隨溫度變化的曲線中得出，2DEG的濃度隨著溫度的降低有小幅度的增大，但總體來說對器件輸出電流的變化影響較小。而2DEG遷移率在低溫條件下有大幅度的增大是造成器件漏極輸出電流比常溫時大的主要因素，2DEG遷移率在低溫條件下的增大，主要是影響2DEG的各種散射機制在低溫條件下共同作用的結果。
　　論文對HEMT器件低溫直流特性做了一定的分析，還可以采用C-V測試、脈沖測試以及噪聲測試等方法進行分析