基于ISE的AlGaN-GaN HEMT直流特性研究及深能級的測試分析.pdf

1、由于GaN等Ⅲ族氮化物具有禁帶寬、強(qiáng)場下電子飽和速度快、擊穿電壓高以及熱導(dǎo)率高的優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前國際研究熱點(diǎn)。但是由于GaN材料及器件的制備成本較高，而且工藝難以控制。所以通過計算機(jī)輔助模擬軟件，采用合適的物理及數(shù)學(xué)模型對其進(jìn)行模擬分析就成為了研究AlGaN/GaNHEMT的有效途徑?，F(xiàn)在國際上有不少研究機(jī)構(gòu)嘗試對AlGaN/GaNHEMT的電學(xué)特性利用耦合求解泊松方程和連續(xù)性方程的方法進(jìn)行了分析，但是由于他們使用的大多是自己開發(fā)的軟件

2、，很難加以推廣。所以，從某種程度上限制了GaN基器件模擬技術(shù)的發(fā)展。如果能夠在一些已經(jīng)相對比較成熟的計算機(jī)輔助模擬(TCAD)軟件上實(shí)現(xiàn)對GaN基器件的模擬，那就可以在很大程度上推進(jìn)GaN基器件的優(yōu)化設(shè)計的進(jìn)程。因此，在本文中首次基于比較成熟的器件模擬軟件ISE實(shí)現(xiàn)了對AlGaN/GaNHEMT的模擬。為利用TCAD促進(jìn)AlGaN/GaNHEMT的設(shè)計與優(yōu)化進(jìn)行了有意義的開拓與嘗試。 本文針對AlGaN/GaNHEMT的特點(diǎn)以及

3、ISE軟件的器件模型的適用范圍，對器件模擬時所使用的各種模型進(jìn)行了分析選擇。其中包括載流子分布模型、輸運(yùn)模型、產(chǎn)生－復(fù)合模型、遷移率模型、能帶結(jié)構(gòu)模型、邊界條件、數(shù)學(xué)計算方法、材料參數(shù)等。另外，對于AlGaN/GaNHEMT來說，其最顯著的特征就是異質(zhì)結(jié)界面的極化效應(yīng)誘生的極化面電荷，這些極化電荷會顯著提高二維電子氣(2DEG)的面密度，從而直接影響器件的性能?？墒怯捎贗SE中尚未設(shè)定極化效應(yīng)模型，所以，只能采用在建模過程中額外添加極化

4、電荷的方法進(jìn)行模擬。在本論文中采用了兩種方法對極化效應(yīng)進(jìn)行了仿真，一種是在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面處添加δ摻雜層的方法，另一種是在界面處添加固定面電荷的方法，結(jié)果表明兩種方法均能夠?qū)崿F(xiàn)極化效應(yīng)的模擬。然后，在此基礎(chǔ)上對AlGaN/GaNHEMT的直流特性和C-V特性隨主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的規(guī)律進(jìn)行了探討和研究，還分別實(shí)現(xiàn)了常規(guī)結(jié)構(gòu)、倒置結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和場板結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaNHEMT的直流特性的模擬。在對其結(jié)果進(jìn)行了比較和分析

5、后發(fā)現(xiàn)，雙異質(zhì)結(jié)器件的漏源電流和跨導(dǎo)比其他三種結(jié)構(gòu)的都要大很多，倒置結(jié)構(gòu)的漏源電流和跨導(dǎo)最小。還采用簡化的流體力學(xué)模型和熱力學(xué)模型對常規(guī)結(jié)構(gòu)AlGaN/GaNHEMT的熱特性進(jìn)行了模擬。發(fā)現(xiàn)在考慮器件的自熱效應(yīng)后，輸出特性出現(xiàn)明顯的微分負(fù)阻效應(yīng)。 此外，為了更加準(zhǔn)確的模擬器件的性能，論文中還對器件中的深能級進(jìn)行了測試，所以在本文的后半部分還闡述了深能級瞬態(tài)譜法的原理。利用深能級瞬態(tài)譜儀對GaN基PIN結(jié)構(gòu)器件進(jìn)行測試后，得到了兩