GaN基HEMT器件低溫特性研究.pdf

1、GaN半導(dǎo)體材料的禁帶寬度為3.45eV，屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料，另外GaN的電子飽和速度很高，同時(shí)其導(dǎo)熱性能良好，這使得GaN材料在微波大功率應(yīng)用領(lǐng)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(zhì)結(jié)HEMT器件是GaN基微電子器件的主要代表，在航空航天領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，在航空航天領(lǐng)域由于器件長(zhǎng)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(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)外的大部分研究均是關(guān)于器件在高溫條件下的

2、可靠性，并且已經(jīng)相對(duì)成熟，但是僅僅研究高溫特性，對(duì)于工作在航空航天領(lǐng)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(duì)象，從實(shí)驗(yàn)及理論方面對(duì)器件的低溫特性進(jìn)行深入研究。
　　本文首先測(cè)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(shí)具有良好的性能，然后在低溫條件下對(duì)器件進(jìn)行直流測(cè)試，通過(guò)室溫與低溫條件下器件直流特性曲線的對(duì)比，進(jìn)而分析低溫下器件性

3、能及其出現(xiàn)機(jī)理。我們通過(guò)轉(zhuǎn)移曲線觀察肖特基柵特性，得出在低溫條件下器件的跨導(dǎo)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(píng)估肖特基接觸質(zhì)量的肖特基勢(shì)壘高度以及理想因子，與此同時(shí)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(cè)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(shì)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(yīng)，這也是在低溫下柵反向泄漏電流增大的因素。
　　然后根據(jù)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(jù)器件的直流輸出特性可以得出，造成這一現(xiàn)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?yàn)殡S著溫度的降低肖特基勢(shì)壘高度降低，導(dǎo)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(lái)說(shuō)對(duì)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(shí)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(jī)制在低溫條件下共同作用的結(jié)果。
　　論文對(duì)HEMT器件低溫直流特性做了一定的分析，還可以采用C-V測(cè)試、脈沖測(cè)試以及噪聲測(cè)試等方法進(jìn)行分析