GaN基微波功率器件與耐壓新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、GaN材料由于具有帶隙寬、臨界擊穿電場(chǎng)高、飽和電子漂移速度高等優(yōu)秀的材料特性，使GaN基器件在耐壓和微波領(lǐng)域成為了研究熱點(diǎn)。為了解決GaN基器件柵極漏側(cè)附近電場(chǎng)集聚的問(wèn)題，提升其擊穿電壓，本文提出了電偶極層 GaN基耐壓新結(jié)構(gòu)（DL_HEMT），并對(duì)其進(jìn)行了仿真優(yōu)化。該器件的主要特點(diǎn)是在柵極和漏極之間的鈍化層中引入了具有極化效應(yīng)的電偶極層，該電偶極層所用材料為AlGaN。電偶極層的引入使GaN基器件電偶極層下方溝道中的2DEG被部分耗盡

2、，從而調(diào)制了溝道中的電場(chǎng)分布，使器件的擊穿電壓得以提升。為了獲得DL_HEMT器件的最大優(yōu)值FOM，對(duì)該器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)分別進(jìn)行了優(yōu)化仿真。根據(jù)仿真結(jié)果得出，當(dāng)電偶極層與柵極漏側(cè)之間的間距LGD為0μm、AlGaN電偶極層的Al組分為0.2、電偶極層的長(zhǎng)度LD為4μm時(shí)該GaN基DL_HEMT器件取得了最大的優(yōu)值FOM。此時(shí)，該GaN基DL_HEMT器件的擊穿電壓BV和導(dǎo)通電阻RON分別為1055V和0.424mΩ·cm2，計(jì)算得到的最大

3、的優(yōu)值FOM的值為2.62 GW/cm2。較常規(guī)結(jié)構(gòu)而言，其擊穿電壓BV提升了113％，優(yōu)值FOM提升了260%。
　　本研究提出了具有高-K低-K復(fù)合柵介質(zhì)層結(jié)構(gòu)（CGD）的 AlGaN/GaN MIS-HEMT，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化仿真。由于CGD結(jié)構(gòu)的引入，該器件的柵極下方溝道中高-K低-K界面處的電場(chǎng)不連續(xù)，形成了一個(gè)電場(chǎng)峰值，從而調(diào)制了器件柵極下方溝道中的電場(chǎng)分布，提升了2DEG的漂移速度，使得器件的直流特性和頻率特性得以

4、提升。通過(guò)對(duì)GaN基常規(guī)器件（SGD）和GaN基CGD器件的直流特性和頻率特性的對(duì)比仿真得出，相比于GaN基SGD器件，當(dāng)GaN基CGD器件引入的低-K柵介質(zhì)層的長(zhǎng)度l為150nm時(shí)，其直流特性參數(shù)gm、Ids較GaN基SGD器件分別提升了6.9%和10.5%，同時(shí)，該器件的頻率特性參數(shù)fT、fmax相較于GaN基SGD器件分別提升了18.5%和14.7%。而通過(guò)對(duì)GaN基CGD器件的優(yōu)化仿真得到，對(duì)于柵長(zhǎng)Lg為250nm的該器件，當(dāng)器